Commande MPPT d'un système PV par mode glissant

‫الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية‬
‫وزارة التعليم العالي والبحث العلمي‬
UNIVERSITE BADJI MOKHTAR - ANNABA
BADJI MOKHTAR – ANNABA UNIVERSITY
‫جامعة باجي مختار – عناب ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــة‬
Faculté : TECHNOLOGIE
Département : Electrotechnique
Domaine : SCIENCES ET TECHNOLOGIES
Filière : Electrotechnique
Spécialité : Commande Electrique
Mémoire
Présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master
Thème :
Commande MPPT d’un système PV par la
technique mode glissant
Présenté par :
 BEDDADADI KHALIL
Encadrant : MOHAMMEDI MOUFID Grade: MCA Université Badji Mokhtar- Annaba
Jury de Soutenance :
BAHI TAHAR
PR
MOHAMMEDI
MOUFID
MCA
NORA ZERZOURI
MCB
Badji MokhtarAnnaba
Badji MokhtarAnnaba
Badji MokhtarAnnaba
Année Universitaire : 2022/2023
Président
Encadrant
Examinateur
[Remerciements]
Je tiens à exprimer mes sincères remerciements à toutes les personnes qui ont
contribué à la réalisation de ce projet, en particulier à mon encadreur et aux
membres du jury.
Je tiens à remercier chaleureusement mon encadreur, [Mohammedi Moufid],
pour son soutien continu, ses conseils éclairés et sa disponibilité précieuse. Votre
expertise et votre orientation m'ont permis de progresser et de repousser mes
limites. Je suis extrêmement reconnaissant de votre engagement à mes côtés tout
au long de ce projet.
J'adresse également mes remerciements sincères aux membres du jury, [noms
des jurés], pour avoir consacré leur temps et leur expertise à évaluer mon travail.
Vos commentaires constructifs et vos suggestions pertinentes ont grandement
enrichi ce projet. Je vous suis reconnaissant pour l'opportunité d'avoir pu
présenter mes résultats devant vous et bénéficier de vos précieux retours.
Je tiens également à remercier toutes les autres personnes qui ont contribué à ce
projet de quelque manière que ce soit, que ce soit par leurs encouragements, leur
soutien logistique ou leur expertise. Votre contribution a été essentielle et je suis
profondément reconnaissant de votre collaboration.
Enfin, je souhaite exprimer ma gratitude envers mes proches, ma famille et mes
amis, pour leur soutien indéfectible tout au long de cette aventure. Votre
présence et votre encouragement ont été une source de motivation constante.
Merci du fond du cœur à tous ceux qui ont joué un rôle dans la réalisation de ce
projet. Votre contribution a été inestimable et a grandement contribué à sa
réussite.
[Beddadi Khalil]
‫ملخص‬
‫ على سبيل المثال‬.‫يعتمد تشغيل نظام الطاقة الشمسية بكفاءة على عوامل جوية مثل كثافة الضوء ودرجة الحرارة‬
‫ ستتأثر إنتاجية الطاقة الكهربائية بتغيرات اإلشعاع‬، ‫ في حالة وجود محطة متنقلة تعمل بالطاقة الشمسية‬،
ً
‫ممتازا عندما يولد كمية مثلى من الطاقة الكهربائية في جميع ظروف‬
‫يعتبر نظام الطاقة الشمسية‬. ‫الشمسي‬
‫ المعتمدة‬، ‫ هذه الدراسة‬.‫ تم إجراء دراسة مقارنة بين تقنيتي التحكم التقليدية والتحكم بالوضع المنزلق‬.‫االستخدام‬
(P&O). ‫ تسمح لنا برؤية أداء ومزايا نموذج الوضع المنزلق بوضوح مقارنةً بالتقنية التقليدية‬، ‫على المحاكاة‬
Résumé :
Le fonctionnement efficace d'un système d'énergie solaire dépend de facteurs
météorologiques tels que l'intensité lumineuse et la température. Par exemple, dans le cas
d'une station mobile alimentée par l'énergie solaire, la production d'énergie électrique sera
affectée par les variations de rayonnement solaire.
Un système d'énergie solaire est considéré comme excellent lorsqu'il génère la quantité
optimale d'énergie électrique dans toutes les conditions d'utilisation. Une étude comparative
a été faite entre les deux techniques de commande, à savoir, la commande conventionnelle
et une commande du mode glissant. Cette étude, validée par simulation, nous permet de
voir clairement les performances et les avantages apportés par le modèle du mode glissant
par rapport à la technique conventionnelle (P&O).
Abstract:
The effective functioning of a solar energy system depends on weather factors such as
light intensity and temperature. For instance, in the case of a mobile station powered by
solar energy, the electricity generation will be affected by variations in solar radiation.
A solar energy system is considered excellent when it generates the optimal amount of
electrical energy under all operating conditions. A comparative study has been conducted
between two control techniques, namely conventional control and sliding mode control.
This study, validated through simulation, allows us to clearly see the performance and
advantages offered by the sliding mode model compared to the conventional technique
(P&O).
- Dédicace
- Remerciements
- Sommaire
- Liste des figures
- Liste des tableaux
Sommaire
INTRODUCTION GENERALE: ................................................................................................. 1
Chapitre I : Système photovoltaïque : Etude et simulation ....................................... 3
I .1. Introduction............................................................................................................................. 4
I.2. Structure du système PV ......................................................................................................... 4
I.2.1 Les panneaux solaires ........................................................................................................ 5
I.2.2 Les régulateurs de charge.................................................................................................. 5
I.2.3 Les batteries ........................................................................................................................ 5
I.2.4 Les onduleurs...................................................................................................................... 5
I.2.5 Les systèmes de surveillance. ............................................................................................ 5
I.3. Générateur PV ......................................................................................................................... 6
I.3.1. Effet photovoltaïque .......................................................................................................... 6
I.3.2. Cellule photovoltaïque ...................................................................................................... 7
I.3.3. Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque ............................................ 7
I.3.4. La modélisation d'une cellule photovoltaïque ................................................................ 9
I.3.5. Façons d'association des cellules photovoltaïques........................................................ 11
I.3.5.1. L'association Série .................................................................................................... 11
I.3.5.1.1. L'influence de l'association série ...................................................................... 11
I .3.5.2 L'association Parallèle ............................................................................................. 12
I .3.5.2.1. L'influence de l'association parallèle des cellules PV : .................................. 13
I.3.5.3. L'association mixte (Série + Parallèle) ................................................................... 14
I .4. Effet du changement climatique sur les grandeurs électriques des cellules .................... 16
I .4.1 Influence de la température ........................................................................................... 16
I .4.2. Influence de l’éclairement ............................................................................................. 17
I .5. Etage d'adaptation ................................................................................................................ 18
I.5.1. Etude de la partie de puissance (Le Convertisseur DC-DC) ....................................... 18
I.5.1.1. Définition ................................................................................................................... 18
I.5.1.2. Types de convertisseurs statiques DC-DC ............................................................. 19
a) Le convertisseur Buck ou(abaisseur) ....................................................................... 19
b) Le convertisseur boost ou(élévateur)........................................................................ 19
c) Le convertisseur Buck-boost ..................................................................................... 19
I .5.1.3. Hacheur BOOST ..................................................................................................... 20
I .5.1.3.1. Modélisation de l’hacheur boost...................................................................... 21
I .5.1.3.2. Séquences de fonctionnement .......................................................................... 21
a) Première séquence [𝟎 à 𝜶𝑻𝒄] : interrupteur fermé ........................................... 21
b) Deuxième séquence [𝜶𝑻𝒄 à 𝑻𝒄] : interrupteur ouvert ........................................ 22
I.5.2. Partie de commande (La technique MPPT) ................................................................. 23
I.5.2.1 Définition .................................................................................................................... 23
I.5.2.2. Le principe de fonctionnement ................................................................................ 24
I.5.2.3. Différents techniques de la commande MPPT ....................................................... 24
I.5.2.4. Principe de la méthode P&O ................................................................................... 25
I.5.2.5. Algorithme de la méthode P&O .............................................................................. 26
1.5.3. Simulation du système PV-hacheur boost avec la commande MPPT (P&O) ........... 27
1.5.3.1. Résultat de simulation ............................................................................................. 28
1.5.3.1.1. Données techniques ........................................................................................... 28
I.5.3.1.2. Résultat et analyse ............................................................................................. 29
I.6. Modes d’utilisation d’un système photovoltaïques ............................................................. 33
I.6.1. Système photovoltaïque autonome (stand alone) ......................................................... 33
I.6.1.1. Les éléments typiques d’un système autonome ..................................................... 34
I.6.1.2. Comment fonctionne une installation photovoltaïque autonome ........................ 34
I.6.1.2. Les avantages d’une installation photovoltaïque autonome ................................. 34
I.6.2. Système photovoltaïque résidentiel raccordé au réseau (grid-connected) ................. 35
I.6.2.1. Le schéma d’installation photovoltaïque (grid-connected) .................................. 35
I.6.2.2. Comment fonctionne un système photovoltaïque (grid-connected)..................... 36
I.6.2.3. Les avantages des systèmes photovoltaïques grid-connected ............................... 36
I.7 Conclusion : ............................................................................................................................. 36
Chapitre II: Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (Boost) : .............. 38
II.1. Introduction .......................................................................................................................... 39
II.2. La commande par mode glissant ........................................................................................ 39
II.2.1. Principe ........................................................................................................................... 39
II.2.1.1. Mode de convergence (MC) ................................................................................... 40
II.2.1.2. Mode de glissement (MG) ...................................................................................... 40
II.2.1.3. Mode de régime permanant (MRP) ...................................................................... 40
II.2.2. Conception de la commande par mode glissante ........................................................ 41
II. 2.2.1. Choix de la surface de glissement ......................................................................... 41
II. 2.2.2. Condition d’existence du glissement .................................................................... 42
II.2.2.3. Méthode de la commande équivalente .................................................................. 42
II.2.2.3.1. Calcule de la commande équivalente 𝑢𝑒𝑞: ..................................................... 43
II.2.2.3.2 Commande discontinue 𝑢𝑛 :............................................................................. 44
II.3.3. Phénomène de broutement : ......................................................................................... 45
II.3.4. Réduction du phénomène de broutement: .................................................................. 45
II.4. Etude et simulation de la commande par mode glissant avec hacheur boost ................. 46
II.4.1. L’ajustement des paramètres de commande : ............................................................ 46
II.4.1.1. Choix des gains de la loi de commande gli............................................................ 46
a) Gain proportionnel (𝑲𝒑) .......................................................................................... 47
b) Gain intégral (𝑲𝒊) ...................................................................................................... 47
c)
Gain dérivé (𝑲𝒅) . ...................................................................................................... 47
II.4.2. Simulation de system ..................................................................................................... 47
II.4.2.1. Blocs de simulation ................................................................................................. 47
II.5. Conclusion : .......................................................................................................................... 51
Chapitre III:Commande MPPT par mode glissant du système photovoltaïque .................... 52
III.1. Introduction ........................................................................................................................ 53
III.2 Application de la commande (MPPT SMC) ...................................................................... 53
III.2.1 Modélisations du système ............................................................................................. 53
III.2.1.1. Modèle mathématique........................................................................................... 54
III.2.1.1.1. Choix de la surface de glissement .................................................................. 54
III.2.1.1.2 Détermination de la commande équivalente ................................................. 56
III.2.1.1.3 Détermination de la commande discontinue ................................................. 56
III.2.2 Simulation du système .................................................................................................. 57
III.2.2.1. Données techniques ............................................................................................... 57
III.2.2.1 Schéma de simulation de système sur MATLAB SUMILINK : ........................ 59
III.2.2.2 Résultats de simulation : ........................................................................................ 59
III.3 Étude comparative entre MPPT SMC et MPPT classiques (P&O) ................................ 63
III.3.1 Comparaison avec variation de l’éclairement ............................................................ 63
III.3.2 Comparaison avec variation de l’éclairement:........................................................... 64
III.4. Conclusion ........................................................................................................................... 66
CONCLUSION GENERALE: .................................................................................................... 67
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ................................................................................... 69
Liste de figures
Chapitre I :
Figure I.1 : Système de conversion photovoltaïque.
Figure I.2: La structure d'un système photovoltaïque.
Figure I.3 : Composants d’un GPV.
Figure I.4 : Structure d’une cellule photovoltaïque.
Figure I.5 : Principe de conversion photovoltaïque.
Figure I.6 : Circuit électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque.
Figure I.7: Association de 𝑁𝑠 cellules en série.
Figure I.8: Association de 𝑁𝑠 cellules en parallèle.
Figure I.9: Association série-parallèle des cellules.
Figure I.10: Caractéristique (𝑃 – 𝑉) (𝐼 – 𝑉) pour différentes valeurs de températures.
Figure I.11: Caractéristiques (𝐼−𝑉) (𝑃−𝑉) pour différentes valeurs d’éclairement.
Figure I.12: Schéma de principe d’adaptation par une commande MPPT.
Figure I.13: Forme d’impulsion générée par le circuit PWM.
Figure I.14: Schéma électrique d’un hacheur boost.
Figure I.15: Schéma électrique d'un hacheur Boost fermé.
Figure I.16 : Schéma électrique d'un hacheur Boost ouvert.
Figure I.17: schéma synoptique d’un système PV avec convertisseur (DC/DC) contrôlé par MPPT.
Figure I.18 : Schéma de convergence vers le PPM par P&O.
Figure I.19: Organigramme de la méthode de perturbation et d’observation.
Figure I.20 : Schéma de simulation du système globale en Matlab.
Figure I.21 : La variation de température.
Figure I.22: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕 avec
température variable.
Figure I.23: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur 𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
température variable.
Figure I.24: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec température variable
Figure I.25: La variation d’irradiation.
Figure I.26: : Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕 avec
éclairement variable.
Figure I.27: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur 𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
éclairement variable.
Figure I.28 : Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec éclairement
variable.
Figure I.29: Système photovoltaïque autonome.
Figure I.30 : Système photovoltaïque couplé au réseau, (grid-connected)
Chapitre II :
Figure II.1: Principe de la commande par mode glissant.
Figure II.2: La commande équivalente.
Figure II.3: la fonction " Signe ".
Figure II.4 : le problème de Chattering.
Figure II.5: fonctions non linéaire (signe, saturation).
Figure II.6 : Schéma de simulation du système globale en Matlab « Hacheur boost + SMC ».
Figure II.7: Résultats de simulation des puissance de sortie d’hacheur 𝑷𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec 𝑲𝒑𝟐 variable.
Figure II.8 : Résultats de simulation des tension de sortie d’hacheur 𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec 𝑲𝒑𝟐 variable.
Figure II.9 : Résultats de simulation des courants de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec 𝑲𝒑𝟐 variable.
Chapitre III :
Figure III.1: schéma de système de conversion avec la commande par mode glissant.
Figure III.2: Organigramme de l’algorithme de SMC.
Figure III.3: Schéma de simulation de système global sur Matlab.
Figure III.4: La variation d’irradiation.
Figure III.5: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕 avec
éclairement variable.
Figure III.6: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur 𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
éclairement variable.
Figure III.7: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec éclairement
variable.
Figure III.8: La variation de température.
Figure III.9: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕 avec
température variable.
Figure III.10: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur 𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
température variable.
Figure III.11: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆
avec température
variable.
Figure III.12: Comparaison des divers signaux MPPT pour des changements rapides de l’éclairement.
Figure III.13: Comparaison des divers signaux MPPT pour des changements rapides de la
température T(t).
Liste des tableaux
Tableau I.1 : Comparaison entre les principaux convertisseurs DC-DC.
Tableau I.2: Techniques de la commande MPPT.
Tableau I.3: Paramètre de la Charge.
Tableau I.4: les caractéristiques électriques du module photovoltaïque.
Tableau II.1: paramètres techniques du convertisseur
Tableau III.1: Paramètre de la Charge.
Tableau III.2: les caractéristiques électriques du module photovoltaïque.
Tableau III.3: Résultats du pourcentage d'erreur moyen absolu.
Tableau III.4: Résultats du rendement des commandes.
INTRODUCTION GENERALE
INTRODUCTION GENERALE:
La
conversion de l'énergie électrique est un domaine clé dans de nombreuses applications,
notamment les systèmes d'énergie renouvelable tels que les panneaux solaires. Les convertisseurs
DC-DC jouent un rôle crucial dans ces systèmes en permettant de réguler efficacement la tension
et le courant pour maximiser l'efficacité et optimiser la production d'énergie. Cependant, la
conception d'une commande appropriée pour ces convertisseurs reste un défi important.
Problématique:
L'un des problèmes majeurs dans la commande des convertisseurs DC-DC est la recherche d'une
méthode qui permette d'atteindre rapidement et précisément la consigne de tension ou de courant
souhaitée tout en étant robuste face aux variations de charge et aux perturbations. De plus, il est
essentiel d'assurer un suivi optimal de la puissance disponible, en particulier dans le cas du
Maximum Power Point Tracking (MPPT) pour les systèmes solaires.
Objectif de travail:
L'objectif de ce mémoire de master est d'étudier et de développer une méthode de commande
efficace pour un convertisseur DC-DC, en se concentrant sur le mode glissant. Nous nous
intéressons plus particulièrement à son application dans le MPPT pour les systèmes
photovoltaïques.
La commande par mode glissant présente des avantages intéressants, tels que sa capacité à garantir
un suivi précis de la consigne, l'amélioration de la poursuite d'énergie et sa robustesse face aux
1
INTRODUCTION GENERALE
perturbations. L'objectif principal est d'évaluer les performances de cette méthode dans le contexte
spécifique du MPPT, en comparant ses résultats avec d'autres techniques de commande
couramment utilisées.
Structure de mémoire:
Ce mémoire est divisé en trois chapitres principaux. Le premier chapitre porte sur l'étude du
système PV avec l'étage d'adaptation entre le panneau solaire et la charge. Nous y présentons une
simulation détaillée du système et les résultats obtenus avec la méthode de commande classique
P&O, ainsi que les limitations de cette approche en termes de poursuite d'énergie optimale.
Le deuxième chapitre est consacré à la commande d'un convertisseur DC-DC par mode glissant.
Nous détaillons les principes et les étapes de cette méthode de commande, ainsi que sa modélisation
électrique. Nous présentons également une simulation illustrant l'application de la commande par
mode glissant sur un hacheur boost, en variant les gains pour évaluer la rapidité, l'amélioration de
la poursuite d'énergie et la robustesse de la méthode.
Le troisième chapitre porte sur la commande MPPT par mode glissant. Nous effectuons une étude
comparative entre la méthode P&O et la méthode par mode glissant, en analysant les performances
des deux approches. Nous évaluons leur précision de suivi du point de puissance maximale, leur
amélioration de la poursuite d'énergie et leur robustesse face aux variations de charge.
Ce mémoire vise à explorer la méthode de commande par mode glissant et son application dans le
MPPT pour les systèmes photovoltaïques. Nous espérons ainsi contribuer à l'amélioration des
performances des convertisseurs DC-DC dans les applications énergétiques, en proposant une
approche efficace, rapide, robuste et améliorant la poursuite d'énergie pour la régulation de la
tension et du courant.
2
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Chapitre I :
Système photovoltaïque :
Etude et simulation
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I .1. Introduction
L’énergie solaire photovoltaïque (PV) provient de la transformation directe d’une partie de la
lumière en électricité utilisable. Cette conversion s’effectue à l’aide d’une cellule (PV) basée sur
un phénomène physique appelé effet photovoltaïque qui consiste à produire une force
électromotrice lorsque la cellule est exposée à la lumière. [7]
Figure I.1 : Système de conversion photovoltaïque.
I.2. Structure du système PV
La structure d'un système photovoltaïque se compose de plusieurs composants principaux :
4
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.2: La structure d'un système photovoltaïque.
I.2.1 Les panneaux solaires : Les panneaux solaires sont composés de cellules
photovoltaïques qui convertissent la lumière du soleil en électricité. Ils peuvent être montés sur un
support ou intégrés au bâtiment.
I.2.2 Les régulateurs de charge : Les régulateurs de charge sont utilisés pour optimiser
l'efficacité de la production d'énergie solaire Ils permettent de contrôler la charge de la batterie en
évitant la surcharge et la décharge excessive.
I.2.3 Les batteries : Les batteries sont utilisées pour stocker l'énergie produite par les panneaux
solaires pour une utilisation ultérieure lorsque le soleil ne brille pas ou lorsque la demande en
électricité est élevée.
I.2.4 Les onduleurs : Les onduleurs convertir la tension électrique (DC) produite par les
panneaux solaires en courant alternatif (AC) utilisable pour l'alimentation des appareils électriques
I.2.5 Les systèmes de surveillance : Ces systèmes permettent de surveiller la production
d'énergie solaire et l'état du système pour garantir un fonctionnement optimal.
Ces différents composants sont conçus pour travailler ensemble de manière optimale et assurer un
fonctionnement fiable et efficace du système photovoltaïque.
5
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.3. Générateur PV
Un générateur photovoltaïque (GPV) est un dispositif qui convertit directement l'énergie solaire en
électricité en utilisant l'effet photovoltaïque. Le générateur PV est composé de cellules
photovoltaïques qui sont connectées en série et/ou en parallèle pour produire la tension et le courant
nécessaires pour alimenter un équipement électrique ou stocker l'énergie dans une batterie. [3]
Figure I.3 : Composants d’un GPV.
I.3.1. Effet photovoltaïque
Est un phénomène électrique qui se produit lorsqu'un matériau semi-conducteur, tel que le silicium,
est exposé à la lumière du soleil. Lorsque les photons de la lumière solaire frappent le matériau
semi-conducteur, ils transfèrent leur énergie aux électrons du matériau, provoquant ainsi la
libération d'électrons de la liaison des atomes.
Ces électrons libres peuvent alors être recueillis et dirigés dans un circuit électrique pour produire
de l'électricité. Ce processus est appelé effet photovoltaïque.
Dans une cellule photovoltaïque, plusieurs couches de matériau semi-conducteur sont disposées de
manière à maximiser l'absorption de la lumière solaire et à collecter les électrons libres générés
pour produire de l'électricité.
6
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Cette effet est la base de la technologie solaire photovoltaïque, qui est utilisée pour produire
l'électricité à petite échelle pour les appareils portables, (les véhicules électriques, les maisons et
les bâtiments) ou à grande échelle pour les centrales électriques solaires.
I.3.2. Cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque ou la photopile est l'unité de base du système de conversion d’énergie
solaire en électricité du type continue directement utilisable ou convertit en alternatif. Elle est basée
sur le phénomène physique « effet photovoltaïque » qui consiste à établir une force électromotrice
lorsque la surface de cette cellule est exposée à la lumière. [6]
Les cellules photovoltaïques sont généralement fabriquées à partir de semi-conducteurs tels que le
silicium, qui absorbent les photons de la lumière solaire et libèrent des électrons, créant ainsi un
courant électrique. Les cellules photovoltaïques sont encapsulées entre des couches de verre ou de
plastique pour protéger les cellules contre les intempéries et les dommages mécaniques. [4]
Figure I.4 : Structure d’une cellule photovoltaïque.
I.3.3. Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
Lorsque la lumière du soleil, ou d'une autre source lumineuse, frappe la cellule photovoltaïque, les
photons de la lumière sont absorbés par les atomes du matériau semi-conducteur. Cette absorption
d'énergie lumineuse permet aux électrons de se libérer de leur orbite autour des atomes et de se
déplacer librement dans le matériau semi-conducteur.
7
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
La jonction entre les deux couches semi-conductrices est conçue de telle sorte qu'une couche est
dopée avec des électrons en excès (n-dopage) et l'autre avec des trous en excès (p-dopage). Les
électrons libres produits par l'absorption de photons de lumière sont attirés vers la couche n-dopée,
tandis que les trous sont attirés vers la couche p-dopée. Ce processus crée une différence de
potentiel électrique, ou une tension, entre les deux couches.
Figure I.5 : Principe de conversion photovoltaïque.
Lorsqu'une charge électrique externe est connectée aux deux couches semi-conductrices, les
électrons et les trous se déplacent dans le circuit électrique, produisant ainsi un courant électrique.
Ce courant est alors disponible pour alimenter des appareils électriques ou stocké pour une
utilisation ultérieure.
Le rendement de conversion de la lumière en électricité dépend de plusieurs facteurs, tels que (la
qualité du matériau semi-conducteur, la conception de la cellule photovoltaïque, le spectre de
lumière solaire, la température et l'intensité de la lumière solaire). Les cellules photovoltaïques sont
souvent assemblées en modules pour augmenter la tension et la puissance de sortie.
8
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.3.4. La modélisation d'une cellule photovoltaïque
La modélisation d'une cellule photovoltaïque peut être réalisée en utilisant un modèle équivalent
de circuit électrique. Ce modèle équivalent est basé sur la caractéristique courant-tension (I-V) de
la cellule photovoltaïque, qui décrit la relation entre le courant de sortie et la tension de sortie de la
cellule pour une condition donnée d'éclairement et de température.
Le modèle équivalent le plus utilisé pour une cellule photovoltaïque est le modèle de la diode, qui
est basé sur l'utilisation d'une diode idéale en série avec une source de courant photovoltaïque, il
représente la jonction P-n, et la source de courant photovoltaïque représente le courant de sortie
généré par la cellule.
Figure I.6 : Circuit électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque.
Dans ce schéma, la diode (D) représente la jonction p-n de la cellule photovoltaïque.
La source de courant photovoltaïque est représentée par la source de courant 𝑰𝒑𝒉 , qui est égale au
courant de saturation de la diode lorsque la cellule est exposée à la lumière.
Les résistances 𝑹𝒔 et 𝑹𝒔𝒉 représentent les pertes de résistance dans la cellule photovoltaïque et
dans la charge connectée, respectivement.
En se basant sur le circuit de la figure I.6, le courant généré par la cellule pourra être présenté par
l’équation suivante.
𝑰𝒄𝒆𝒍𝒍 = 𝐼𝑝ℎ − 𝐼𝑑 – 𝐼𝑅𝑝
(I. 1)
Avec ;
9
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
𝑅
𝐈𝐑𝐩 = 𝑉𝑒 + 𝑅 𝑠 𝐼𝑒
(I. 2)
𝑝
V
𝐈𝐝 = Isat (exp nVe ) − 1
KT
(I. 3)
T
𝐕T = e
(I. 4)
Ainsi, et à partir des équations données, le courant fourni par une cellule est donné par la relation
suivante :
V +I R
𝐈𝐜𝐞𝐥𝐥 = Iph − Isat (exp ( enVe s ) − 1) −
Ve +Ie Rs
T
Rp
(I. 5)
Où ;
𝑰𝒄𝒆𝒍𝒍 :
Courant de sortie de la cellule photovoltaïque,
𝑽𝒄𝒆𝒍𝒍 :
Tension de sortie de la cellule photovoltaïque,
𝑰𝒅 :
Courant qui traverse la diode ;
𝑰𝒑𝒉 :
Courant de saturation de la diode (courant photovoltaïque),
𝑰𝒔𝒂𝒕 :
Courant de saturation inverse de la diode d’une cellule, dépendant de la température ;
T:
Température absolue,
𝐺:
Éclairement de la lumière du soleil (W/m2);
𝑹𝒔 :
Résistance série de la cellule photovoltaïque,
𝑹𝒑 :
Résistance en parallèle de la cellule photovoltaïque,
𝑽𝒆 :
Tension aux bornes de la cellule ;
𝑛:
Facture de non idéalité de la jonction compris entre 1 et 5 dans la pratique ;
𝑽𝑻 :
Tension thermique ;
𝐾:
Constante de Boltzmann K=1.381×10−23 J/K ;
𝑇:
Température effective de la cellule en kelvin ;
𝒆:
Charge d’électron e=1.602×10−9c.
10
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.3.5. Façons d'association des cellules photovoltaïques
Une cellule PV seule ne peut pas fournir suffisamment de puissance afin d'alimenter une charge.
Il convient donc d'associer ces cellules entres elles dans le but de fournir plus de puissance. Donc,
le modèle développé pour une cellule PV, peut être entendu au cas du raccordement des cellules
en séries et en parallèle afin d’obtenir le modèle d’un module PV.
I.3.5.1. L'association Série
L'association série des cellules photovoltaïques (PV) est couramment utilisée pour augmenter la
tension de sortie d'un module PV. Lorsque les cellules sont connectées en série, la tension de sortie
totale est la somme des tensions de chaque cellule. [6]
Figure I.7: Association de 𝑁𝑠 cellules en série.
I.3.5.1.1. L'influence de l'association série
 Augmentation de la tension : L'association série des cellules PV permet
d'augmenter la tension de sortie du module PV, ce qui peut être important pour certaines
applications nécessitant une tension plus élevée.
 Réduction du courant : Cependant, l'association série des cellules PV entraîne
également une réduction du courant de sortie total, car il est limité par la cellule ayant le
courant de sortie le plus faible.
11
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
 Impact sur la puissance : Par conséquent, l'association série des cellules PV peut
avoir un impact sur la puissance de sortie totale du module PV. Dans certains cas, il peut
être préférable d'ajouter des cellules supplémentaires en parallèle pour augmenter le
courant de sortie total plutôt que de connecter des cellules en série.
 Impact sur la résistance : Enfin, l'association série des cellules PV peut également
affecter la résistance totale du module PV, car la résistance totale du module est la somme
des résistances de chaque cellule. Cela peut être important pour les applications où la
résistance totale du module a un impact sur la performance du système.
 Tension de sortie totale (𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 )
𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑛 ∗ 𝑉𝑐𝑒𝑙𝑙 .
(I. 6)
Où :
𝒏 : est le nombre de cellules en série.
𝑽𝒄𝒆𝒍𝒍 : est la tension de sortie d'une cellule
 Courant de sortie total (𝑰𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 )
𝐼
𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑐𝑒𝑙𝑙
𝑛
(I. 7)
Où :
𝑰𝒄𝒆𝒍𝒍 : courant de sortie d'une cellule.
 Puissance de sortie totale (𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 )
𝐏𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 =
n ∗ Vcell ∗ Icell
Rtotal
(I. 8)
Où :
𝑹𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 : Résistance totale du module PV.
I .3.5.2 L'association Parallèle
L'association parallèle des cellules photovoltaïques (PV) est couramment utilisée pour augmenter
le courant de sortie d'un module PV. Lorsque les cellules sont connectées en parallèle, le courant
de sortie total est la somme des courants de chaque cellule
12
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.8: Association de 𝑁𝑠 cellules en parallèle.
I .3.5.2.1. L'influence de l'association parallèle des cellules PV :
Peut être résumée comme suit :

Augmentation du courant : L'association parallèle des cellules PV permet
d'augmenter le courant de sortie du module PV, ce qui peut être important pour certaines
applications nécessitant un courant plus élevé.

Réduction de la tension : Cependant, l'association parallèle des cellules PV
entraîne également une réduction de la tension de sortie totale, car la tension de sortie
totale est limitée par la cellule ayant la tension de sortie la plus basse.

Impact sur la puissance : Par conséquent, l'association parallèle des cellules PV
peut avoir un impact sur la puissance de sortie totale du module PV. Dans certains cas,
il peut être préférable d'ajouter des cellules supplémentaires en série pour augmenter la
tension de sortie totale plutôt que de connecter des cellules en parallèle.

Impact sur la résistance : Enfin, l'association parallèle des cellules PV peut
également affecter la résistance totale du module PV, car la résistance totale du module
est affectée par la résistance de chaque cellule. Cela peut être important pour les
applications où la résistance totale du module a un impact sur la performance du système
13
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Soit N le nombre de cellules PV identiques connectées en parallèle. La tension de chaque cellule
est notée 𝑽𝒄 et le courant est noté 𝑰𝒄 . Le courant total de sortie du module PV est noté 𝑰𝒐𝒖𝒕 et la
tension de sortie totale est notée 𝑽𝒐𝒖𝒕 .
 Courant de sortie totale (𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 )
𝑰𝒐𝒖𝒕 = 𝑁 × 𝐼𝑐 .
(I. 9)
Cela montre que le courant total de sortie est la somme des courants de chaque
cellule PV.
 Tension de sortie totale (𝑽𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 )
𝑽𝒐𝒖𝒕 = 𝑽𝒄 .
(I. 10)
Cela montre que la tension de sortie totale est égale à la tension de chaque cellule,
car les cellules sont connectées en parallèle.
 Résistance totale (𝑹𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ) du module PV
R total =
Rcontact + Rcell
N
(I. 11)
Où
𝐑 𝐜𝐨𝐧𝐭𝐚𝐜𝐭 : Résistance de contact entre les cellules,
𝐑 𝐜𝐞𝐥𝐥 :
Résistance interne de chaque cellule.
N:
Nombre de cellules connectées en parallèle.
Cette équation montre que la résistance totale du module PV est influencée à la fois par la résistance
interne de chaque cellule et par le nombre de cellules connectées en parallèle.
Ces équations permettent de modéliser l'association parallèle des cellules PV et de comprendre son
impact sur le courant de sortie, la tension de sortie et la résistance totale du module PV.
I.3.5.3. L'association mixte (Série + Parallèle)
L’association mixte des cellules photovoltaïques permet de combiner les avantages des
associations série et parallèle. Cela permet d'augmenter la tension de sortie tout en maintenant un
courant de sortie suffisant. [6]
14
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.9: Association série-parallèle des cellules.
 Résistance totale (𝑹𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 ) du module PV: [6]
𝐑 𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 =
Rseries + Rparallel
N
(I. 12)
Où :
𝐑 𝐬𝐞𝐫𝐢𝐞𝐬 :
Somme des résistances internes de chaque cellule en série,
𝐑 𝐩𝐚𝐫𝐚𝐥𝐥𝐞𝐥 : Résistance interne d'une cellule en parallèle.
N:
Nombre de cellules en parallèle.
En associant des cellules en série, la tension de sortie totale est augmentée, tandis que le courant
de sortie reste constant. En revanche, en associant des cellules en parallèle, le courant de sortie
total est augmenté, tandis que la tension de sortie reste constante.
Ainsi, en combinant les deux types d'associations, on peut obtenir un module PV avec une tension
de sortie élevée et un courant de sortie suffisant.
Cependant, l'association mixte peut être plus complexe à mettre en œuvre que les associations série
ou parallèle simples. Il est important de prendre en compte les différentes caractéristiques
électriques de chaque cellule pour optimiser la configuration de l'association mixte. [6]
15
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I .4. Effet du changement climatique sur les grandeurs électriques
des cellules
I .4.1 Influence de la température
La figure I.10 (A) et (B) illustrent la variation des caractéristiques 𝐼−𝑉 et 𝑃−𝑉 suite à la variation
de la température, sachant que l’éclairement est constant 𝐺 = 1000𝑊/𝑚2.
A. Caractéristique (𝐼 – 𝑉)
B. Caractéristique (𝑃 – 𝑉)
Figure I.10: Effet de la température sur les grandeurs électriques d’un GPV.
 Discussion

La figure I.10 (A) montre que le courant de court-circuit est pratiquement constant en
fonction de la température (augmentation légère), mais la tension de circuit ouvert
diminue de l’ordre de quelques volts par degré Celsius d’augmentation de la
température.

Par conséquent, la puissance maximale diminue suite à l’augmentation de la
température comme le montre la figure I.10 (B) Il est important de savoir que la
puissance du module diminue par chaque degré d’augmentation de la température. Lors
du dimensionnement d’une installation, la variation de la température du site sera
impérativement prise en compte. [6]
16
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I .4.2. Influence de l’éclairement
Nous allons s’intéresser à la variation des caractéristiques 𝐼−𝑉 et 𝑃−𝑉 en fonction d’irradiation.𝐺,
sachant que la température est constante 𝑇 = 25°𝐶
A. Caractéristique (𝐼 – 𝑉)
B. Caractéristique (𝑃 – 𝑉)
Figure I.11: Caractéristiques (𝐼−𝑉) (𝑃−𝑉) pour différentes valeurs d’irradiation.

Discussion : [6] [3]
 La figure I.11 (A) montre que le courant de court-circuit du module est considérablement
influencé par le changement de l’éclairement ; tandis que la tension du module reste
approximativement constante. C'est-à-dire la valeur du courant de court-circuit est
directement proportionnelle à l’intensité du rayonnement, par contre, la tension en circuit
ouvert ne varie pas dans les mêmes proportions, mais reste quasiment identique même à
faible éclairement.
La puissance délivrée par le module photovoltaïque dépend de l'irradiation qu'il reçoit comme
le montre la figure I.11 (B), En effet, l'influence de l'éclairement représenté simplement par :
 La puissance maximale du module photovoltaïque est pratiquement proportionnelle à
l’éclairement.
 Les points de puissance maximale se situent à peu près à la même tension
17
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I .5. Etage d'adaptation
L'étage d'adaptation ou de conversion, est un composant clé d'un système photovoltaïque. Son
rôle est d'adapter les caractéristiques de tension et du courant de sortie du générateur photovoltaïque
aux exigences du système de charge ou du réseau électrique auquel il est connecté.
Cette conversion implique deux parties principales [1] [3] :

La partie de puissance qui s'occupe de la conversion de la tension et du courant produit par
les panneaux solaires (Convertisseur DC-DC) en une tension et un courant appropriés
pour assurer un fonctionnement efficace et sûr du système.

La partie de commande qui régule et contrôle les différents paramètres de l'étage de
puissance (Commande MPPT) pour assurer un fonctionnement optimal du système.
Figure I.12: Schéma de principe d’adaptation par une commande MPPT.
I.5.1. Etude de la partie de puissance (Le Convertisseur DC-DC)
I.5.1.1. Définition
Les hacheurs sont des convertisseurs de type continu-continu permettant de contrôler la puissance
électrique dans des circuits fonctionnant en courant continu avec une très grande souplesse et un
rendement élevé.
Les hacheurs présentent une partie essentielle dans le dispositif de commande d’un champ
photovoltaïque. Ils permettent de délivrer une tension continue variable à partir d’une source de
tension continue constante. [4]
18
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
En changeant le rapport cyclique (ou le temps d'allumage) d'un interrupteur électronique il permet
de modifier la tension continue. On notera :

𝛼: le rapport cyclique des impulsions qui commandent l’interrupteur ;

𝑻𝒄 : la période des impulsions.
Figure I.13: Forme d’impulsion générée par le circuit PWM. [6]
Un transistor MOSFET peut remplacer l'interrupteur électronique puisque le courant est toujours
positif et que les commutations doivent être commandées.
Pendant le fonctionnement de l’hacheur, le transistor sera commuté à une fréquence constante 𝑓𝑐
avec :

Un temps de fermeture égal à 𝒕𝒐𝒏 = 𝜶𝑻𝒄 ∶ [𝟎 à 𝜶𝑻𝒄 ] .

Un temps d’ouverture égal à 𝒕𝒐𝒇𝒇 = (𝟏 − 𝜶)𝑻𝒄 ∶ [𝜶𝑻𝒄 à 𝑻𝒄 ] .
I.5.1.2. Types de convertisseurs statiques DC-DC
Voici les trois types les plus courants des convertisseurs statiques DC-DC: [3]
 Le convertisseur Buck ou(abaisseur)
 Le convertisseur boost ou(élévateur)
 Le convertisseur Buck-boost
19
Chapitre I :
Type
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Schéma équivalent
d’hacheur
Rapport de
Application
transformation
𝛼
Hacheur
Convertie sa tension
d’entrée en une tension de
série (Buck)
sortie inferieure
𝟏/1−𝜶
Hacheur
Convertie une tension
parallèle
continue en une autre
(boost)
tension continue de plu
forte valeur
−𝜶/𝟏−𝜶
Hacheur
Lorsque la machine
série-
fonctionne en moteur
parallèle
lorsqu’elle est alimentée
(Buck
par le hacheur série ou en
boost)
génératrice la machine
fonctionne en génératrice
Tableau I.1 : Comparaison entre les principaux convertisseurs DC-DC. [3]
I .5.1.3. Hacheur BOOST
C’est un convertisseur DC-DC Connu sous le nom de « boost » ou hacheur parallèle, Son
application typique est de convertir sa tension d’entrée en une tension de sortie supérieure. La
source d'entrée est de type courant continu (inductance en série avec une source de tension) et la
charge de sortie est de type tension continue (condensateur en parallèle avec la charge résistive).
20
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
L'interrupteur K peut être remplacé par un transistor puisque le courant est toujours positif et que
les commutations doivent être commandées. [4]
I .5.1.3.1. Modélisation de l’hacheur boost
La modélisation d'un convertisseur boost est généralement représentée par un circuit équivalent
avec un interrupteur à transistor, une inductance, une capacité, une source de tension continue
d'entrée (𝑉𝑖𝑛 ) et une charge (𝑅𝑙𝑜𝑎𝑑 ) connectée à la sortie. Le circuit équivalent est illustré ci-dessous
[3] [4]:
Figure I.14: Schéma électrique d’un hacheur boost.
I .5.1.3.2. Séquences de fonctionnement
a) Première séquence [𝟎 à 𝜶𝑻𝒄 ] : interrupteur fermé
Quand l’interrupteur est fermé pendant la durée 𝛼𝑇𝑐 , la diode D est bloquée. Cela entraine
l’augmentation du courant dans l’inductance et le stockage d’une quantité d’énergie sous forme
magnétique, alors que la charge se trouve déconnecté. Le courant dans l’inductance croît
linéairement. Cette séquence est illustrée sur la figure I.15.
21
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.15: Schéma électrique avec interrupteur fermé d’un hacheur Boost. [3]
L’application de la loi de Kirchhoff des mailles et des nœuds sur le circuit de Figure I.15 donne :
dVe
 IC1 = C1 dt = Ie – Il
dI
 Vl = L dtl = Ve
dV
 IC2 = C2 dts = −Is
(I. 13)
(I. 14)
(I. 15)
Ainsi, on trouve :
1
1
1
1
 Ve = 𝐶 Ie − 𝐶 Il
1
 Il ̇ = 𝐿 Ve
1
 Vs = R Vs
C2
(I. 16)
(I. 17)
(I. 18)
b) Deuxième séquence [𝜶𝑻𝒄 à 𝑻𝒄 ] : interrupteur ouvert
L’interrupteur s’ouvre pendant le temps 𝒕 ∈ [𝜶𝑻𝒄 , 𝑻𝒄 ], et l’énergie emmagasinée dans
l’inductance commande la circulation du courant dans la diode de roue libre D. On a alors
𝑽𝒌 = 𝑽𝒔 . Cette séquence est illustrée sur la figure I.16 :
22
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.16 : Schéma électrique avec interrupteur ouvert d’un hacheur Boost
En appliquant la loi de Kirchhoff, on trouve [3] [5] :
dVe
 IC1 = C1 dt = Ie – Il
dIL
 Vl = L
dt
= Ve − Vs
dVs
 IC2 = C2 dt = IL – Is
(I.19)
(I.20)
(I.21)
Ce qui donne :
1
1
1
1
 Vė = 𝐶 Ie − C Il
1
1
 Il = L Ve − L Vs
1
1
 Vṡ = C2 Il − 𝑅 Vs
𝑐2
(I.22)
(I.23)
(I.24)
I.5.2. Partie de commande (La technique MPPT)
I.5.2.1 Définition
Est une méthode utilisée dans les systèmes de conversion d'énergie solaire, éolienne ou autre source
d'énergie renouvelable pour maximiser la production d'énergie.
23
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.17: schéma synoptique d’un système PV avec convertisseur (DC/DC).
Contrôlé par (MPPT) [9]
I.5.2.2. Le principe de fonctionnement
Le MPPT permet de trouver le point de puissance maximale 𝑃𝑚𝑎𝑥 d'un module photovoltaïque ou
d'une éolienne en ajustant en temps réel la tension et le courant de charge du système. En effet, le
𝑃𝑚𝑎𝑥 varie en fonction de la température et de la luminosité, ce qui rend la tâche complexe pour
maintenir la production maximale d'énergie. [7]
Le MPPT utilise un convertisseur DC-DC pour suivre et ajuster la tension et le courant d'entrée du
système pour maintenir le point de puissance maximale. Cette technique permet donc d'optimiser
la production d'énergie et d'augmenter l'efficacité du système de conversion d'énergie renouvelable
I.5.2.3. Différents techniques de la commande MPPT
Il existe plusieurs techniques de commande MPPT (Maximum Power Point Tracking) pour suivre
le point de puissance maximale d'un système de conversion d'énergie renouvelable. Les techniques
de commande MPPT les plus courantes sont : [3]
24
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Techniques de la commande MPPT[3]
Commande
classique
Perturbation et Observation (P&O) :
Cette méthode est basée sur la perturbation de la tension ou du courant d'entrée du
système et l'observation de la variation de la puissance produite pour trouver le point
de puissance maximale. Cette méthode est simple à implémenter et permet une
réponse rapide aux variations de la puissance produite. Cependant, elle peut entraîner
une oscillation autour du point de puissance maximale.
Incrémental de la conductance (INC):
Cette méthode est basée sur la dérivée de la puissance par rapport à la tension du
système. Elle compare la conductance instantanée du système avec la conductance
théorique à la tension optimale pour suivre le point de puissance maximale. Cette
méthode est plus précise que la méthode P&O, mais elle nécessite des calculs plus
complexes.
Commande
moderne

La méthode de la logique floue :
Cette méthode utilise des règles floues pour ajuster la tension et le courant d'entrée
du système pour suivre le point de puissance maximale. Elle permet de prendre en
compte les variations des conditions environnementales et les interférences dans le
système, mais elle nécessite une modélisation précise du système.
Tableau I.2: Techniques de la commande MPPT.
I.5.2.4. Principe de la méthode P&O
La méthode P&O utilise un algorithme de comparaison pour déterminer si la puissance de sortie a
augmenté ou diminué depuis la dernière perturbation de tension. Si la puissance de sortie a
25
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
augmenté, le MPPT continue de modifier la tension dans la même direction. Si la puissance de
sortie a diminué, le MPPT modifie la tension dans la direction opposée. Ce processus est répété à
intervalles réguliers pour assurer que le panneau solaire fonctionne à son point de puissance
maximal. [2]
Figure I.18 : Schéma de convergence vers le PPM par P&O.
I.5.2.5. Algorithme de la méthode P&O
La figure (19) montre l’organigramme de l’algorithme P&O. Cet algorithme est conçu de sorte
qu’il fonctionne sur un calculateur et donc à chaque cycle de l’algorithme, le courant et la tension
du panneau sont mesurés pour calculer 𝑷(𝒌). Cette valeur de 𝑷(𝒌) est comparée avec celle de
𝑷(𝒌 − 𝟏) déjà calculée à l’itération précédente .
Figure I.19: Organigramme de la méthode de perturbation et d’observation.
26
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Si la puissance de sortie a augmenté depuis la dernière mesure, c'est-à-dire le point de puissance
maximale n’est pas atteint, la perturbation de la tension continuera dans la même direction que
celle qui a été prise au dernier cycle. Lorsque le point de puissance maximale est atteint, la
tension du panneau oscille autour du PPM car la recherche doit être répétée périodiquement
pour obliger le système à osciller autour du PPM. Une fois la puissance de sortie a diminué depuis
la dernière mesure, c'est-à-dire le point de puissance maximale est dépassé, la tension est perturbée
dans la direction opposée de celle de l’itération précédente.
1.5.3. Simulation du système PV-hacheur boost avec la commande MPPT
(P&O)
Le système photovoltaïque étudié est composé du générateur photovoltaïque, d’un convertisseur
DC-DC de type Boost doté de sa commande MPPT basée sur l’algorithme P&O, d’un générateur
à modulation de largeur d’impulsion (MLI) pour contrôler le rapport cyclique du convertisseur
pour une charge résistive. [9]
Le schéma de simulation du système globale en Matlab est donné par la figure (I.20).
Modèle avec irradiation et température constante (G = [1000 W/m²] ; (T=25C°)) :
Figure I.20 : Schéma de simulation du système globale en Matlab.
27
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
1.5.3.1. Résultat de simulation
1.5.3.1.1. Données techniques
Dans cette partie de simulation on a utilisé un hacheur boost caractérisé par :
 Inductance L= 0.007 H
 Capacité C= 0.0005 F
 Charge RL avec:
Paramètre
Valeur
Tension Nominal 𝑉𝑛 (𝑉𝑟𝑚𝑠 ):
70
fréquence Nominal 𝑓𝑛 (Hz):
50
Puissance Active P (W):
100
Puissance Inductive réactive 𝑄𝐿 (positive var):
20
Puissance Capacitive réactive 𝑄𝑐 (négative var):
0
Tableau I.3: Paramètre de la Charge.
Le tableau suivant résume les caractéristiques électriques du module photovoltaïque :
Paramètre
Valeur
Puissance nominale MPP (𝑊𝑐 )
213.5
Tension en circuit ouvert 𝑉𝑐𝑜 (V)
36.6
Courant de court-circuit 𝐼𝑐𝑠 (A)
7.84
Tension à MPP (V)
29
Courant au MPP (A)
7.35
Coefficient de température de 𝑉𝑐𝑜 MPP (% /°C)
-0.36099
Coefficient de température 𝐼𝑐𝑠 (% /°C)
0.102
Tableau I.4: les caractéristiques électriques du module photovoltaïque.
28
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.5.3.1.2. Résultat et analyse
 Avec température variable (T=25C°, T=100C°, T=50C°,) et éclairement
fixe (G=1000W/m²) :
Figure 21: La variation de température
Pour présenter l’effet de la température sur la puissance, on maintient l’éclairement à une valeur
constante E= 1000 W/m² et on fait varier la température plusieurs fois (25, 100, 50) °C.
La Résultats de simulation pour une température variable est illustré par les suivants [9]
Figure I.22: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕
avec température variable.
29
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.23: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur
𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec température variable.
Figure I.24: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
température variable
D’après les résultats de simulation obtenus, on remarque qu’une variation de la température (soit
une augmentation ou une diminution) provoque une variation considérable de la tension 𝑽𝒑𝒗 , par
contre le courant 𝑰𝒑𝒗 dans ce cas varie légèrement. Ainsi on constate que les courbes de
puissance, de tension et du courant présentent des oscillations dans le régime permanant.
Généralement, les résultats de simulation montrent bien que le système est stable pour les
variations de la température, et le système atteint son état d’équilibre dans un temps assez court.
[9]

Avec éclairement variable (G=1000W/m², G`=800W/m², G`=1200W/m²,) et
température fixe (T=25C°) :
30
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure 25: La variation d’irradiation.
Pour présenter l’effet de l’éclairement sur la puissance, on maintient la température à une valeur
constante T=25°C et on fait varier rapidement l’éclairement plusieurs fois (1000, 800 et 1200)
W/m² pour créer plusieurs points de puissance maximale que le contrôleur doit les suivre. [9]
Les résultats obtenus sont représentés sur les figures suivants :
Figure I.26: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕
avec éclairement variable.
31
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
Figure I.27: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur
𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec éclairement variable.
Figure I.28: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
éclairement variable.
Les résultats de simulation montrent que la variation de l’éclairement provoque une légère variation
de la tension d’entrée du convertisseur tandis que l’augmentation du courant est importante, la
variation étant faible à cause du point de fonctionnement imposé d’une part par la charge, et d’autre
part par la commande MPPT qui garantit un fonctionnement autour du PPM. Comme il est
prévisible on remarque qu’il existe une relation de proportionnalité entre la puissance et
l’éclairement. [9]
On peut conclure que :


Notre système est efficace et l’algorithme du MPPT est bien fonctionnel.
La variation de l’éclairement a un effet remarquable sur le fonctionnement du système.
32
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.6. Modes d’utilisation d’un système photovoltaïques
Il existe différents types de systèmes photovoltaïques: système photovoltaïque autonome, celui
connecté au réseau, celui avec Storage connecté au réseau, et celui plug & Play. [18]
Mais les principaux types de systèmes photovoltaïques sont les suivants:

Systèmes photovoltaïques autonomes (stand alone).

Systèmes photovoltaïques couplés au réseau électrique (grid connected).
I.6.1. Système photovoltaïque autonome (stand alone)
Le système solaire autonome, ou système en îlot, c’est un type d’installation photovoltaïque qui
n’est pas connecté au réseau électrique national, mais qui est connecté à un système autonome de
stockage d’énergie – batteries électriques – qui stockent l’électricité produite par l’installation et la
restituent aux utilisateurs au moment où ils en ont besoin. [18]
Figure I.29: Système photovoltaïque autonome.
33
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.6.1.1. Les éléments typiques d’un système autonome
Sont les suivants :

Champ photovoltaïque ;

Hacheur ;

Accumulateur (Batterie) ;

Régulateur de charge.
I.6.1.2. Comment fonctionne une installation photovoltaïque autonome
Une installation photovoltaïque (stand-alone) fonctionne de la manière suivante :

Les panneaux solaires captent l’énergie solaire incidente et la transforment en courant
continu ;

L’énergie captée est transformée par l’onduleur en courant alternatif ;

L’énergie alternative produite peut être autoconsommée immédiatement par l’utilisateur ou
stockée dans les batteries de stockage, puis prélevée lorsque l’utilisateur en a besoin.
Ce processus implique que l’accumulateur (la batterie) se charge et se décharge ; pour ne pas
compromettre son efficacité, le régulateur de charge gère ce mécanisme. [18]
I.6.1.2. Les avantages d’une installation photovoltaïque autonome
Avec la réduction des coûts des composants et la diffusion de la technologie au lithium, les
installations photovoltaïques autonomes sont de plus en plus compétitives par rapport aux systèmes
utilisant des combustibles fossiles.
Ce type de système apporte en effet de nombreux avantages à l’environnement et à l’utilisateur
final :

Zéro émission : les utilisateurs consomment l’électricité produite et ne génèrent pas de gaz
polluants ;

Coût de l’énergie constant pendant la durée de vie de l’installation : le coût de l’énergie ne
subit pas les fluctuations du prix de l’énergie liées au coût du pétrole et du gaz ;

Grande flexibilité : l’installation est entièrement évolutive tout comme l’étendue du
système de stockage électrique.
34
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.6.2. Système photovoltaïque résidentiel raccordé au réseau (grid-connected)
Le système photovoltaïque couplé au réseau, ou grid-connected, c’est un système solaire connecté
au réseau électrique national.
Dans ce type d’installation, le réseau électrique national devient un réservoir infini de stockage
dans lequel l’énergie provenant de sources renouvelables est injectée lorsque l’installation produit
et que l’utilisateur ne consomme pas et depuis lequel l’électricité est prélevée au moment du besoin,
lorsque l’installation ne produit pas (la nuit). [18]
Figure I.30: Système photovoltaïque couplé au réseau, (grid-connected).
I.6.2.1. Le schéma d’installation photovoltaïque (grid-connected)
Il se compose de plusieurs éléments :

Panneau solaire ;

Onduleur ;

Compteur de production ;

Compteur de consommation.
35
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
I.6.2.2. Comment fonctionne un système photovoltaïque (grid-connected)
L’installation (grid-connected) fonctionne selon la logique suivante :

Le rayonnement solaire atteint le générateur photovoltaïque ;

L’onduleur transforme l’énergie continue en énergie alternative ;

L’énergie produite est utilisée instantanément si l’utilisateur en a besoin ou si elle est
injectée en réseau, d’où l’énergie est également prélevée si nécessaire.
Dans ce système, le compteur de production comptera l’énergie produite et consommée
directement par l’utilisateur, tandis que le compteur d’échange comptera l’énergie consommée par
l’utilisateur prélevée sur le réseau. [18]
I.6.2.3. Les avantages des systèmes photovoltaïques grid-connected
L’installation d’un système photovoltaïque connecté au réseau peut être rentable et avantageuse,
tant en termes économiques qu’environnementaux.
Notamment, les avantages principaux sont les suivants :

Réduction du coût des factures;

Réduction des émissions polluantes ;

Possibilité de monétiser l’énergie produite.
Chacun de ces types de systèmes photovoltaïques présente des avantages et des inconvénients, et
le choix dépend des besoins spécifiques de l'utilisateur et des conditions locale [18]
I.7 Conclusion :
Dans ce premier chapitre, nous avons examiné en détail la structure d'un système photovoltaïque
(PV) et nous avons effectué une étude approfondie de la modélisation du générateur PV. Nous
avons également pris en compte l'impact des changements climatiques sur les grandeurs électriques
des cellules solaires.
Une partie importante de ce chapitre était consacrée à l'étage d'adaptation, avec une attention
particulière portée sur la commande du Maximum Power Point Tracking (MPPT) utilisant la
36
Chapitre I :
Système photovoltaïque : Etude et simulation
technique P&O. Nous avons également abordé la commande de l’hacheur boost, qui joue un rôle
crucial dans l'optimisation de la conversion d'énergie.
Grâce à des simulations détaillées, nous avons pu observer les performances de la commande
MPPT de l’hacheur boost. Nous avons analysé les résultats obtenus et avons constaté que ces
approches permettent une régulation efficace de la tension et du courant, en maximisant la
production d'énergie et en assurant un suivi précis du point de puissance maximale.
Enfin, nous avons discuté des différents modes d'utilisation d'un système PV, à savoir l'utilisation
autonome (stand-alone) et l'interconnexion avec le réseau électrique (grid-connected). Ces modes
présentent des avantages et des considérations spécifiques qui doivent être pris en compte lors de
la conception et de l'exploitation d'un système PV.
Dans les chapitres suivants, nous approfondirons notre étude en examinant d'autres techniques de
commande et en effectuant une comparaison approfondie de leurs performances.
37
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
Chapitre II: Commande par
mode glissant d’un
convertisseur élévateur
(Boost) :
38
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
II.1. Introduction
Ces dernières années, la théorie du contrôle appliquée à la commande des systèmes électriques à
considérablement amélioré les performances dynamiques de ces systèmes. Dans le domaine des
convertisseurs statiques, les travaux de recherche visent à améliorer la stabilité, réduire la sensibilité
aux perturbations et améliorer les performances dynamiques et statiques [9].
Nous rappellerons tout d’abord les principes du contrôle par mode glissant. Ensuite, nous décrivons
les différentes lois de commande à base du mode glissant. Enfin, nous simulant les différentes lois
de commande appliquées sur le convertisseur Boost.
Ces propriétés font que cette loi de commande est adaptée à de nombreuses applications industrielles
[13].
II.2. La commande par mode glissant
La commande par mode glissant (Sliding Mode Control) est un contrôle de type non linéaire, qui a
été introduit initialement pour le contrôle des systèmes à structure variable. Ses principaux avantages
sont la garantie de la stabilité et de la robustesse pour de larges variations des paramètres du système,
de l'entrée et des perturbations sur le système. De plus, étant donné sa flexibilité en ce qui concerne
la synthèse, la commande par mode glissant est relativement facile à mettre en œuvre par rapport à
d’autres types de commande non linéaires [9].
La Commande par Mode Glissant, (Sliding Mode Control, SMC) apparue en union soviétique
pendant les années 60, qui provient de la théorie des systèmes à structure variable (SSV), permet
d’accomplir cette tâche. Cette commande aboutit à la stabilité même en présence de grandes
variations de l’alimentation ou de la charge, à une bonne réponse dynamique et une implémentation
simple [10].
II.2.1. Principe
La technique de la commande par modes glissant consiste à ramener la trajectoire d’état d’un système
vers la surface de glissement et de la faire commuter à l’aide d’une logique de commutation
appropriée jusqu’au point d’équilibre. Cette trajectoire est constituée de trois parties différentes : [4]
39
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
II.2.1.1. Mode de convergence (MC)
Dans le mode de convergence (Reaching mode), la variable à régler se déplace à partir de n’importe
quel point initial 𝐗 𝟎 dans le plan de phase et tend vers la surface de commutation 𝑺(𝑿) = 𝟎 . Ce
mode est caractérisé par la loi de commande et le critère de convergence [6].
II.2.1.2. Mode de glissement (MG)
Pour le mode de glissement (sliding mode), la variable d’état atteint la surface de glissement et tend
vers l’origine du plan de phase. La dynamique dans ce mode est caractérisée par le choix de la surface
de glissement 𝑆(𝑥). [6]
Sur la surface, la dynamique du système est indépendante de celle du processus initial, ce qui implique
que ce type de contrôle entre dans le domaine des commandes robustes. Ces notions de stabilité sont
démontrées en tenant compte du principe de stabilité suivant le critère de LYAPUNOV (Théorème
1) rappelé ci-dessous.
II.2.1.3. Mode de régime permanant (MRP)
Ce mode est ajouté pour l’étude de la réponse du système autour de son point d’équilibre (origine du
plan de phase). Il est caractérisé par la qualité et les performances de la commande [7].
Théorème 1 : Soit V(x) une fonction différentiable de R n dans R n, dite fonction de LYAPUNOV,
qui satisfait les conditions suivantes [9] :
𝑽(𝟎) = 𝟎
{𝑽(𝒙) > 𝟎 𝒙 ≠ 𝟎
𝑽̇(𝒙) ≤ 𝟎 𝒙 ≠ 𝟎
(II.2)
40
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
Figure II.1: Principe de la commande par mode glissant.
II.2.2. Conception de la commande par mode glissante
L'objectif de la commande par mode glissant se résume en deux points essentiels:
Synthétiser une surface 𝑺(𝒙, 𝒕) telle que toutes les trajectoires du système obéissent à un
comportement désiré de poursuite, régulation et stabilité.
Déterminer une loi de commande (commutation) 𝒖(𝒙, 𝒕) qui est capable d'attirer toutes les
trajectoires d'état vers la surface de glissement et les maintenir sur cette surface [4].
La conception de la commande par mode glissant passe par trois étapes principales et
complémentaires :
- Choix de la surface de glissement 𝑆(𝑥),
- Établissement des conditions de convergence d’existence, et de stabilité,
- Détermination de la loi de commande 𝑢. [6].
II. 2.2.1. Choix de la surface de glissement
Le choix de la surface de glissement concerne le nombre et la forme nécessaires. Ces deux facteurs
sont en fonction de l’application et de l’objectif visé. En général, pour un système défini par l’équation
d’état suivante :
41
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
𝒙̇ (𝒕) = 𝒇(𝒙, 𝒕) + 𝒈(𝒙, 𝒕)𝒖(𝒕)
(II.3)
La surface 𝑆(𝑥) représente le comportement dynamique désiré du système. Une forme d’équation
générale pour déterminer la surface de glissement qui assure la convergence d’une variable vers sa
valeur désirée est donnée par :
𝒅
𝒓−𝟏
𝐒(𝒙) = (𝒅𝒕 + 𝛃)
𝒆(𝒙)
(II.4)
Avec :

𝑒 (𝑥): écart de la variable à régler 𝑒(𝒙) = 𝒙𝒓𝒆𝒇 − 𝒙,

𝛽: constante positive,

𝑟: degré relatif, égale au nombre de fois qu’il faut dériver la sortie pour faire apparaître la
commande.

𝑆(𝑥)=0 est une équation différentielle linéaire dont l’unique solution est 𝑒(𝑥)=0. [6].
II. 2.2.2. Condition d’existence du glissement
La condition d'existence du régime glissant implique que 𝑺(𝒙, 𝒕) = 𝟎. Cette condition se traduit par:
𝒍𝒊𝒎 𝒔𝒔̇ < 𝟎
𝒔→𝟎
(II.5)
Ces conditions sont déduites du théorème (1) en appliquant le critère de stabilité de
LYAPUNOV dans un voisinage de la surface de glissement et en prenant :
1
𝑉(𝑥) = 2 𝑆 2 (𝑥) Comme fonction candidate de LYAPUNOV. Dans ce cas, la dérivée de cette
fonction est : 𝑉̇ (𝑥) = 𝑆(𝑥)𝑆̇(𝑥)
Les conditions énoncées dans le théorème 1 sont vérifiées si S et 𝑺̇ sont de signes opposés. A noter
que ces dernières conditions deviennent des conditions suffisantes pour assurer l'attractivité de la
surface si elles sont valables sur tout l'espace d'état et non seulement dans une région proche de la
surface de glissement [4].
II.2.2.3. Méthode de la commande équivalente
Après le choix de la surface de glissement et du critère de convergence, il faut déterminer la
commande nécessaire qui ramène la variable à contrôler vers la surface de glissement et ensuite vers
son point d’équilibre.
42
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
Une des hypothèses essentielles dans la conception des systèmes à structure variable contrôlés par les
modes glissants est que la commande doit commuter entre une valeur maximale 𝑢+ et une valeur
minimale 𝑢− en fonction du signe de la surface de glissement (figure II.1). Dans ce cas, des
oscillations de très haute fréquence appelées ’broutement’ ou ’Chattering’ apparaissent dans le mode
de glissement [6].
La structure d’un contrôleur par mode glissant comporte deux commande :
 Une commande dite équivalente 𝒖𝒆𝒒 maintient le point de fonctionnement dans la surface
de commutation et le déplacer à l'origine. [7].
 Une commande discontinue en fonction du signe de la surface de glissement 𝒖𝒏 assure
la stabilisation du contrôleur ONU. [7].
 𝒖 = 𝒖𝒆𝒒 + 𝒖𝒏
(II.6)
Nous nous intéressons au calcul de la commande équivalente et par la suite au calcul de la commande
attractive du système défini dans l’espace d’état par l’équation (II.1). [6]
Figure II.2: La commande équivalente.
II.2.2.3.1. Calcule de la commande équivalente 𝑢𝑒𝑞:
La commande équivalente 𝑢𝑒𝑞 est la composante non linéaire qui permet de garantir
l’attractivité de la variable à contrôler vers la surface de glissement. Elle peut être interprétée
comme la valeur moyenne qui prend la commande lors de la commutation rapide entre 𝑢+ et
𝑢−.
À partir de (II.3), (II.6) nous avons :
43
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
𝑑𝑆
𝜕𝑆 𝜕𝑥
𝜕𝑆
𝜕𝑆
𝑆̇(𝑥) = 𝑑𝑡 = 𝜕𝑥 𝜕𝑡 = 𝜕𝑥 (𝑓(𝑥, 𝑡) + 𝑔(𝑥, 𝑡)𝑢𝑒𝑞 ) + 𝜕𝑥 𝑔(𝑥, 𝑡)𝑢𝑛
(II.7)
En mode de glissement et en régime permanent, la dérivée de la surface est nulle (𝑆̇(𝑥)=0 car
la surface est égale à zéro). Cette condition permet de déterminer la commande équivalente :
𝜕𝑆
−1
𝑢𝑒𝑞 = − (𝜕𝑥 𝑔(𝑥, 𝑡))
𝜕𝑆
(𝜕𝑥 𝑓(𝑥, 𝑡)) , 𝑢𝑛 = 0
(II.8)
Durant le mode de convergence, en remplaçant le terme 𝒖𝒆𝒒 par sa valeur tirée de l’équation
(II.8) dans l’équation (II.7). Donc, nous obtenons une nouvelle expression de la dérivée de la
surface, soit : [6].
𝜕𝑆
𝑆̇(𝑥) = 𝜕𝑥 𝑔(𝑥, 𝑡) 𝑢𝑛
(II.9)
II.2.2.3.2 Commande discontinue 𝑢𝑛 :
La commande 𝒖𝒏 est la composante non linéaire qui permet de garantir l’attractivité de la
variable à contrôler vers la surface de glissement et satisfaire la condition de convergence
donnée par l’équation 𝐒(𝐱)𝐒̇(𝐱) < 𝟎.
Ainsi, à partir de l’équation (II.9), le problème revient à trouver 𝒖𝒏 tel que :
𝜕𝑆
S(x)Ṡ(x) = S(x) 𝜕𝑥 𝑔(𝑥, 𝑡)𝑢𝑛 < 0
(II.10)
La solution la plus simple vérifiant cette condition est donnée par la fonction signe illustrée
sur figure II.2. [6].
Figure II.3: la fonction " Signe ".
Dans ce cas, la commande 𝒖𝒏 s’écrit comme suit :
𝒖𝒏 = 𝛄 . 𝐬𝐢𝐠𝐧(𝐒(𝐱))
(II.11)
En remplaçant l’expression (II.11) dans (II.10), on obtient :
44
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
𝝏𝑺
𝑺(𝒙)𝑺̇(𝒙) = 𝑺(𝒙) 𝝏𝒙 𝒈(𝒙, 𝒕). 𝜸 . 𝒔𝒊𝒈𝒏(𝑺(𝒙)) < 𝟎
(II.12)
Afin de satisfaire la condition d’attractivité (II.12), le signe du gain 𝛾 doit être opposé au
𝝏𝑺
signe du facteur 𝝏𝒙 𝒈(𝒙, 𝒕). [6]
II.3.3. Phénomène de broutement :
L’inconvénient du réglage par mode de glissement se résume essentiellement en l’existence du
phénomène de Chattering. Ce dernier est dû à l’imperfection de certains composants (capteur, relais
…etc.). La Figure (III.4) illustre le problème de Chattering. [19]
La Figure II.4 : le problème de Chattering.
II.3.4. Réduction du phénomène de broutement:
Une approche pour éliminer le problème de Chatterig consiste en l’approximation de la fonction non
linéaire Signe par une fonction non linéaire de saturation de tangente hyperbolique (cette dernière
évitera le changement brutal de -1 à 1 qu’imposerai la fonction Signe) (Figure III.5).[19]
45
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
1 𝑠𝑖 𝑥 > 0
𝑆𝑔𝑛(𝑥) = {
−1 𝑠𝑖 𝑥 < 0
𝑆𝑎𝑡(𝑥) = {
𝑥/ 𝑠𝑖 |𝑥| ≤ 
𝑆𝑔𝑛(𝑥) 𝑠𝑖 |𝑥| ≥ 0
Figure II.5: fonctions non linéaire (signe, saturation). [19]
II.4. Etude et simulation de la commande par mode glissant avec
hacheur boost
Pour ramener les états du système vers la surface de glissement dans le cadre de la commande par
mode glissant, des lois de commandes appropriées sont utilisées pour ajuster les paramètres du
système et diriger les états vers la surface souhaitée. Parmi les approches couramment utilisées :
II.4.1. L’ajustement des paramètres de commande :
L’ajustement des paramètres vise à optimiser les performances du système et à garantir une
convergence rapide et précise des états du système vers la surface de glissement, l’aspect le plus
intéressant à prendre en compte lors de l’ajustement des paramètres de commande est :
II.4.1.1. Choix des gains de la loi de commande : les gains de la loi de commande doivent
être choisis de manière à assurer une convergence rapide et précise des états du système vers la surface
de glissement
Les critères suivant peuvent être pris en compte :
46
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
a) Gain proportionnel (𝑲𝒑) : Il contrôle la vitesse de convergence des états . Un gain
plus élevé peut accélère la convergence, mais peut également entrainer une sensibilité
accrue aux perturbations. Il convient de trouver un compromis approprie.
b) Gain intégral (𝑲𝒊) : Il permet de réduire l’erreur en régime permanant et d’améliorer
la précession de suivi. Un gain trop élevé peut provoquer des oscillations ou une
instabilité, tandis qu’un gain trop faible peut entrainer un temps de réponse plus lent.
c) Gain dérivé (𝑲𝒅) : Il peut être utilise pour améliorer la stabilité et réduire le
dépassement. Cependant, un gain dérivé élevé peut amplifier le bruit ou entrainer des
oscillations indésirables.
II.4.2. Simulation de system
En utilisant un modelé de simulation du système, il est possible d’expérimenter les performances du
système avec déférent jeux de gain. Les performances peuvent être évaluées en fonction de critère de
performances souhaites, tels que le temps de réponse et la précision de suivi. En ajustant itérativement
les gains, il possible de trouver les valeurs qui donnent les meilleures performances pour les systèmes
spécifiques.
II.4.2.1. Blocs de simulation
Pour atteindre notre objectif d’éprouver l’efficacité de la commande par mode glissant nous avons
réalisé une simulation de système à l’aide d’un convertisseur de type DC-DC BOOST commande
caractérise par :
Paramètre
Valeur
Switching frequency
15 kHz
Load resistance
240 Ohms
Input voltage
24 V
Desired output voltage (𝑉𝑜𝑑 )
48V
Reference voltage (𝑉𝑟𝑒𝑓 )
8V
TableauII.1: paramètres techniques du convertisseur.
47
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
Note:
Beta: le rapport de 𝑉𝑟𝑒𝑓 to 𝑉𝑜𝑑 ,
𝑩𝒆𝒕𝒂 = 𝑽𝒓𝒆𝒇 /𝑽𝒐𝒅 = 𝟖/𝟒𝟖 = 𝟏/𝟔.
Les figures (II.6) et (II.7) représente la simulation du système « hacheur boost + SMC » sur
Matlab.
Figure II.6 : Schéma de simulation du système globale en Matlab « Hacheur boost + SMC ».
II.4.2.2. Résultat de simulation:
Pour tester la robustesse de la commande vis-à-vis les fluctuations d'entrée, une variation sur celle-ci
est introduite. La simulation consiste à faire varier les gains proportionnels de contrôleur.
Les résultats obtenus sont présentés sur les figures suivantes :
 Cas de 𝑲𝒑𝟏 fixe et 𝑲𝑷𝟐 variable :
Pour présenter l’effet de changement des gains sur le système, on maintient le gain proportionnelle
de contrôleur a une valeur constante 𝑲𝒑𝟏 = 𝟎. 𝟏𝟐 et on fait varier plusieurs fois 𝑲𝑷𝟐 (1, 2.7, 100)
pour comparer les résultats trouvé :
Les résultats de simulation sont présentés dans les figures suivantes :
48
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
Figure II.7: Résultats de simulation des puissance de sortie d’hacheur 𝑷𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec 𝑲𝒑𝟐 variable.
Figure II.8 : Résultats de simulation des tension de sortie d’hacheur 𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec 𝑲𝒑𝟐 variable.
Figure II.9: Résultats de simulation des courants de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec 𝑲𝒑𝟐 variable.
49
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
D’après les résultats obtenus à partir les figures précédentes on remarque que la variation de la
valeur des gains donne des réponses différentes en terme de temps de réponse et de stabilité et on
note que plus la valeur du gain est élevée, plus le système réagit rapidement plus le système entraine
des oscillations.
On conclure que :

Lorsqu'un gain proportionnel élevé est utilisé, le système réagira rapidement à l'erreur et
fournira une correction plus importante. Cela peut conduire à une réponse plus rapide et à
une réduction de l'erreur de suivi. Cependant, un gain proportionnel trop élevé peut
également entraîner des oscillations, une instabilité ou une amplification excessive du
bruit.

D'un autre côté, si le gain proportionnel est trop faible, la réponse du système sera lente et
la correction appliquée sera également faible. Cela peut entraîner un temps de réponse plus
long et une précision réduite.
Le choix du gain proportionnel dépend des caractéristiques du système, des spécifications de
performance souhaitées et de la nature de l'erreur à corriger. Il nécessite souvent des ajustements
expérimentaux ou des simulations pour trouver la valeur optimale qui permet d'atteindre un
équilibre entre la vitesse de réponse, la stabilité et la précision.
50
Chapitre II : Commande par mode glissant d’un convertisseur élévateur (boost)
II.5. Conclusion :
Dans ce chapitre, nous avons abordé la commande par mode glissant et commencé par expliquer les
principes fondamentaux de cette méthode de commande et nous avons ensuite procédé à la
modélisation électrique de cette approche.
Nous avons démontré comment la commande par mode glissant permet de réguler efficacement un
convertisseur DC-DC de type hacheur boost. En utilisant cette méthode, nous avons effectué une
simulation détaillée de l’hacheur boost en variant les gains du contrôleur. Cela nous a permis de tester
la rapidité et la robustesse de la méthode dans différentes situations.
Les résultats de la simulation ont confirmé l'efficacité de la commande par mode glissant. Nous avons
observé que cette méthode permettait d'obtenir des performances satisfaisantes en termes de suivi de
la consigne et de rejet des perturbations. De plus, nous avons constaté que la méthode était
relativement insensible aux variations des gains, ce qui démontre sa robustesse. il présente des
avantages en termes de rapidité de réponse, et de capacité à traiter les perturbations. Elle peut être
utilisée avec succès dans des applications nécessitant un contrôle précis de la tension ou du courant,
telles que les systèmes photovoltaïques.
51
Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Chapitre III:
Commande MPPT par
mode glissant du système
photovoltaïque
52
Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
III.1. Introduction
Le MPPT est une technique de contrôle qui vise à maintenir le point de puissance maximale (PPM)
des panneaux solaires, permettant ainsi de maximiser la production d'énergie. Il existe différentes
approches pour réaliser la commande MPPT, et l'une d'entre elles est la méthode du mode glissant.
Le mode glissant est une stratégie de commande avancée qui s'est révélée efficace dans le suivi
précis du PPM dans les systèmes PV. Contrairement à d'autres techniques MPPT, qui nécessitent
une connaissance a priori des caractéristiques du panneau solaire, le mode glissant utilise une
approche basée sur l'observation du comportement du système en temps réel. Il ajuste
continuellement la tension ou le courant d'entrée du panneau solaire pour maintenir le PPM, même
dans des conditions d'ensoleillement changeantes.
L'objectif de ce chapitre est d'explorer en détail la commande MPPT par mode glissant et d'évaluer
ses performances dans les systèmes PV. Nous examinerons les principes fondamentaux de
fonctionnement du mode glissant, De plus, nous étudierons des cas concrets et analyserons les
résultats obtenus pour évaluer l'efficacité de cette approche.
III.2 Application de la commande (MPPT SMC)
III.2.1 Modélisations du système
Le système photovoltaïque étudié dans ce travail est donné au première chapitre:
Il peut être réécrit sous la forme
𝒅𝒙
𝒙̇ = 𝒅𝒕 = 𝒇(𝒙, 𝒕) + 𝒈(𝒙, 𝒕)𝒖 .
(III.1)
Avec :
1
𝐼
𝐶1 𝑃𝑉
1−𝛼
1
− 𝐶 𝐼𝐿
𝑥1
𝑉𝑃𝑉
− 𝐿 𝑉𝑆
𝑓(𝑥, 𝑡) =
, 𝑔(𝑥, 𝑡) = [ 1 𝑉 ] , 𝑥 = [𝑥2 ] = [ 𝐼𝐿 ] , 𝑢 = 𝛼 = 𝛼𝑒𝑞 + 𝛼𝑛
𝐿 𝑃𝑉
𝑥3
𝑉𝑆
1−𝛼
1
𝐼
−
𝑉
0
𝐿
𝑆
[ 𝐶2
]
𝑅𝐶2
1
(III.2)
53
Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Figure III.1: schéma de système de conversion avec la commande par mode glissant.
III.2.1.1. Modèle mathématique
III.2.1.1.1. Choix de la surface de glissement
Comme nous avons vu dans le chapitre précédent, la condition du point de puissance maximale
PPM est donnée par :
𝒅𝑷𝑷𝑽
𝒅𝑽𝑷𝑽
=𝟎
(III.3)
Puisque la commande MPPT a pour objectif de faire fonctionner le système photovoltaïque à son
point de puissance maximale, La première étape consiste à choisir la surface de glissement 𝑆(𝑥) est
choisie de la façon suivante :
𝒅𝑷
𝒅𝑰
𝑺(𝒙) = 𝒅𝑽𝑷𝑽 = 𝑰𝑷𝑽 + 𝒅𝑽𝑷𝑽 𝑽𝑷𝑽
𝑷𝑽
𝑷𝑽
(III.4)
la relation entre le courant 𝐼𝑝𝑣 et la tension 𝑉𝑝𝑣 dans un générateur photovoltaïque . Pour qu’on
puisse rendre utile cette expression, on fait quelques hypothèses simplificatrices.
54
Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Dans le cas idéal, 𝑅𝑠 étant négligeable, l’expression devient:
𝑽
𝑰𝑷𝑽 = 𝑵𝑷 𝑰𝑷𝒉 −𝑵𝒑 𝑰𝑺𝒂𝒕 (𝐞𝐱𝐩 (𝒏𝐕𝑷𝑽 ) − 𝟏)
(III.5)
𝐓
En court-circuit, 𝑉𝑝𝑣 = 0 et 𝐼𝑝𝑣 = 𝑁𝑝 ∗ 𝐼𝑐𝑐 , on remplace dans (III.5), on aura:
𝑰𝒄𝒄 = 𝑰𝒑𝒉
(III.6)
Où : 𝑰𝒄𝒄 : Courant de court-circuit du module PV. [4]
𝑽
Si on suppose que (𝐞𝐱𝐩 (𝒏𝐕𝑷𝑽 ) >> 𝟏), on peut écrire:
𝐓
𝑽
𝑰𝑷𝑽 = 𝑵𝑷 𝑰𝑪𝑪 − 𝑵𝑷 𝑰𝑺𝒂𝒕 (𝒆𝒙𝒑 (𝒏𝑽𝑷𝑽 ))
(III.7)
𝑻
En circuit ouvert ; 𝐼𝑃𝑉 = 0 et 𝑉𝑃𝑉 = 𝑁𝑆 𝑉𝑐𝑜 . On remplace dans (III.7), on aura :
−𝑵 𝑽
𝑰𝑺𝒂𝒕 = 𝑰𝑪𝑪 (𝒆𝒙𝒑 ( 𝒏𝑽𝒔 𝒄𝒐 ))
(III.8)
𝑻
En remplaçant (III.7), dans (III.8) on aura une nouvelle expression du courant 𝐼𝑃𝑉
−𝑵 𝑽
𝑰𝑷𝑽 = 𝑵𝑷 𝑰𝑪𝑪 − 𝑵𝑷 𝑰𝒄𝒄 (𝒆𝒙𝒑 ( 𝒏𝑽𝒔 𝒄𝒐 ))
(III.9)
𝑻
Ainsi, la dérivée du courant par rapport à la tension est donnée par :
𝒅𝑰𝑷𝑽
𝒅𝑽𝑷𝑽
=
𝑵𝑷 𝑰𝑪𝑪
𝒏𝑽𝑻
(𝒆𝒙𝒑 (
𝑽𝒑𝒗 −𝑵𝒔 𝑽𝒄𝒐
𝒏𝑽𝑻
))
(III.10)
Substituant (III.9) et (III.10) dans (III.4) on trouve : [6]
𝒅𝑷𝒑𝒗
𝑺(𝒙) = 𝒅𝑽
𝒑𝒗
𝒅𝑰𝒑𝒗
𝑵𝒑 𝑰𝒄𝒄
𝒑𝒗
𝑻
𝑽𝒑𝒗 −𝑵𝒔 𝑽𝒄𝒐
= 𝑰𝒑𝒗 𝒅𝑽 𝑽𝒑𝒗 = 𝑵𝒑 𝑰𝒄𝒄 − (𝑵𝒑 𝑰𝒄𝒄 + 𝒏𝑽 ) 𝒆𝒙𝒑 (
𝒏𝑽𝑻
)
(III.11)
55
Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
III.2.1.1.2 Détermination de la commande équivalente
Pour déterminer la condition de stabilité sur la surface de glissement, on se sert de la notion de la
commande équivalente. En utilisant les conditions d’invariance 𝑆(𝑥) = 0 𝑒𝑡 𝑆̇(𝑥) = 0 , on
calcule l’expression de la commande équivalente 𝑢𝑒𝑞 donnée précédemment :
𝒅𝑺
𝒅𝑺 𝒅𝒙
𝒅𝑺
𝝏𝑺
𝝏𝒔
𝝏𝑺
𝑺̇(𝒙) = 𝒅𝒕 = 𝒅𝒙 . 𝒅𝒕 = 𝒅𝒙 𝒙̇ = 𝝏𝒙 𝒙𝟏̇ + 𝝏𝒙 𝒙𝟐̇ + 𝝏𝒙 𝒙𝟑̇
𝟏
𝟐
(III.12)
𝟑
L’expression (III.11) montre que 𝑆(𝑥) est fonction de 𝑉𝑝𝑣 et non de 𝐼𝐿 et 𝑉𝑠 , alors:
𝝏𝑺
𝝏𝒔
𝝏𝑺
𝒙𝟐̇ =
𝒙𝟑̇ = 𝟎 𝒆𝒕
𝒙̇ ≠ 𝟎
𝝏𝒙𝟐
𝝏𝒙𝟑
𝝏𝒙𝟏 𝟏
𝝏𝑺
𝒙̇ = 𝟎
𝝏𝒙𝟏 𝟏
𝑺̇(𝒙) =
̇ = 𝑰𝑷𝑽 − 𝑰𝑳 𝒖𝒆𝒒 = 𝟎
𝒙̇ = 𝑽𝑷𝑽
𝑪
𝑪
D’où :
𝟏
(III.13)
𝟏
Donc, l’expression de la commande équivalente est la suivante :
𝑰
𝒖𝒆𝒒 = 𝑷𝑽
(III.14)
𝑰𝑳
On conclut que le régime de glissement existera si le convertisseur fonctionne en mode de
conduction continue (MCC) (𝐼𝐿 > 0). [4]
III.2.1.1.3 Détermination de la commande discontinue
Une approche de commande explicite doit être formulée pour amener la trajectoire sur la surface
de glissement pendant le mode de convergence. Cette approche est appelée la loi d’atteinte.
La loi d’atteinte à taux constant donnée par :
𝒖𝒏 = −𝒌 𝒔𝒊𝒈𝒏 (𝑺( 𝒙))
(III.15)
Si on adopte pour la première loi d’atteinte, la commande par mode de glissement devient :
𝑰
𝒅𝑰
𝒖 = 𝒖𝒆𝒒 − 𝒌 𝒔𝒊𝒈𝒏 (𝑺( 𝒙)) = 𝑰𝑷𝑽 − 𝒌 𝒔𝒊𝒈𝒏 (𝑰𝑷𝑽 + 𝒅𝑽𝑷𝑽 𝑽𝑷𝑽 )
𝑳
𝑷𝑽
(III.16)
56
Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Figure III.2: Organigramme de l’algorithme de SMC.
III.2.2 Simulation du système
Le système PV étudié est composé du générateur photovoltaïque, d’un Hacheur Boost doté de sa
commande MPPT basée sur le mode glissant, d’un générateur à modulation de largeur d’impulsion
(MLI) pour contrôler le rapport cyclique du convertisseur pour une charge résistive. [9]
III.2.2.1. Données techniques
Dans cette partie de simulation on a utilisé un hacheur boost caractérisé par :
 Inductance L= 0.007 H
 Capacité C= 0.0005 F
 Charge RL avec:
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Paramètre
Valeur
Tension Nominal 𝑉𝑛 (𝑉𝑟𝑚𝑠 ):
70
fréquence Nominal 𝑓𝑛 (Hz):
50
Puissance Active P (W):
100
Puissance Inductive réactive 𝑄𝐿 (positive var):
20
Puissance Capacitive réactive 𝑄𝑐 (négative var):
0
Tableau III.1: Paramètre de la Charge.
Le tableau suivant résume les caractéristiques électriques du module photovoltaïque :
Paramètre
Valeur
Puissance nominale MPP (𝑊𝑐 )
213.5
Tension en circuit ouvert 𝑉𝑐𝑜 (V)
36.6
Courant de court-circuit 𝐼𝑐𝑠 (A)
7.84
Tension à MPP (V)
29
Courant au MPP (A)
7.35
Coefficient de température de 𝑉𝑐𝑜 MPP (% /°C)
-0.36099
Coefficient de température 𝐼𝑐𝑠 (% /°C)
0.102
Tableau III.2: les caractéristiques électriques du module photovoltaïque.
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Chapitre III :
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III.2.2.1 Schéma de simulation de système sur MATLAB SUMILINK :
Figure III.3: Schéma de simulation de système global sur Matlab.
III.2.2.2 Résultats de simulation :
 Avec éclairement variable et température fixe :
Figure III.4: La variation d’irradiation.
Pour présenter l’effet de l’éclairement E sur la puissance, on maintient la température à une valeur
constante T=25°C et on fait varier rapidement l’irradiation plusieurs fois (1000, 800 et 1200) W/m²
pour créer plusieurs points de puissance maximale que le contrôleur doit les suivre :
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Chapitre III :
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Figure III.5: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕
avec éclairement variable.
Figure III.6: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur
𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec éclairement variable.
Figure III.7: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
éclairement variable.
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Les résultats de simulation montrent que la variation de l’éclairement provoque une légère variation
de la tension d’entrée du convertisseur tandis que l’augmentation du courant est importante, la
variation étant faible à cause du point de fonctionnement imposé d’une part par la charge, et d’autre
part par la commande MPPT qui garantit un fonctionnement autour du PPM. Comme il est
prévisible on remarque qu’il existe une relation de proportionnalité entre la puissance et
l’éclairement.
 Avec température variable et Eclairement fixe :
Figure III.8: La variation de température.
Pour présenter l’effet de la température T sur la puissance, on maintient l’éclairement à une
valeur constante E= 1000 W/m² et on fait varier rapidement la température plusieurs fois (25,
50,25) °C.
La Résultats de simulation pour une température variable est illustré par les Figure (9.10.11) :
Figure III.9: Résultats de simulation de la puissance d’entrée 𝑷𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑷𝑶𝒖𝒕
avec température variable.
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Figure III.10: Résultats de simulation de la tension de 𝑽𝑷𝑽 et de la tension de sortie d’hacheur
𝑽𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec température variable.
Figure III.11: Résultats de simulation des courants 𝑰𝒑𝒗 et de sortie d’hacheur 𝑰𝒔𝒐𝒓𝒕𝒊𝒆 avec
température variable.
D’après les résultats de simulation obtenus, on remarque qu’une variation rapide de la température
(soit une augmentation ou une diminution) provoque une variation considérable de la tension (𝑉𝑝𝑣 ).
Ainsi on constate que les courbes de puissance, de tension et du courant présentent des oscillations
dans le régime permanant.
Généralement, les résultats de simulation montrent bien que le système est stable pour les variations
brusques de la température et/ou de l’ensoleillement, et le système atteint son état d’équilibre
dans un temps très court.
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
III.3 Étude comparative entre MPPT SMC et MPPT classiques
(P&O)
Pour montrer l’intérêt de la commande MPPT SMC par rapport aux commandes MPPT classiques
(P&O) une étude comparative a été réalisée.
III.3.1 Comparaison avec variation de l’éclairement
Afin d’évaluer le temps de réponse des deux mécanismes de poursuite, ces derniers sont soumis à
des variations des conditions de l’ensoleillement. Pour voir le comportement du système face aux
changements de l’éclairement on maintient la température à une valeur constante T=25°C et on
fait varier rapidement l’éclairement plusieurs fois (600,800,1000,1200) W/m² pour créer plusieurs
points de puissance maximale que le contrôleur doit les suivre.
Figure III.12: Comparaison des divers signaux MPPT pour des changements rapides de
l’éclairement.
Le figure montre une augmentation pratiquement linéaire de la puissance de (P&O) avec un léger
retard. On voit que la commande SMC, dans ce cas, est plus rapide avec une faible oscillation
autour du MPP. De plus, elle réduit l'erreur statique en régime permanent, ainsi que les ondulations
du courant, donc elle présente d'excellentes performances de poursuite.
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
III.3.2 Comparaison avec variation de l’éclairement:
Pour présenter l’effet de la température T sur la puissance, on maintient l’éclairement à une valeur
constante E= 1000 W/m² et on fait varier rapidement la température plusieurs fois (20,30,40 et 50)
°C.
Figure III.13: Comparaison des divers signaux MPPT pour des changements rapides de la
température T(t).
Les figure (III.12, III.13) montre : la puissance du PV, la puissance de l’hacheur boost lors de
l'utilisation de MPPT P&O et MPPT SMC sous ensoleillement variable comme mentionné
précédemment,
Les figure montrent la rapidité de poursuite de la technique MPPT SMC, et l’absence des
oscillations autour du MPP ce qui limite les pertes de la puissance.
On note que :
 Dans la courbe de puissance de P&O : il y a des perturbations autour du point de
fonctionnement et il y a un temps transitoire d'environ 0,3 s pour atteindre le
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
fonctionnement indiquer. Après 1 s, il y a un changement soudain d'irradiation qui G = 800
W/m2 causant un dépassement important puis atteignant un niveau constant le point d'état
avec une grande perturbation également. C'est le principal défaut du P&O.
 Dans la courbe de puissance de SMC : il n'y a pas de perturbation autour de point de
fonctionnement et il n'y a presque pas de temps transitoire pour lequel le temps passé pour
atteindre le point de fonctionnement environ 0,005 s. De plus, après 1 s, il y a un
changement soudain d'irradiation qui G = 800 W/m2 et il n'y a pas de dépassement de
transitoire. La courbe est très lisse pour que le SMC améliore les performances et le
rendement élevé pour surmonter les inconvénients qui apparaissent dans P&O.
Afin de vérifier la qualité de chaque modèle, une analyse statistique est effectuée à l'aide du
pourcentage d'erreur moyen absolu (MAPE), un outil d'évaluation statique qui aide en termes de
pourcentage à mesurer la taille de l'erreur.
Pour calculer cet indice, on commence par calculer l'erreur relative, qui est égale à l'erreur absolue
entre la puissance mesuré et réelle, divisée par la valeur absolue de la puissance réelle comme
indiqué dans l'équation (17) et (18) :
𝑒=
𝑃𝑅 − 𝑃𝑀
𝑃𝑅
(𝐈𝐈𝐈. 𝟏𝟕)
𝑁
1
𝑀𝐴𝑃𝐸 = ( ∑|𝑒𝑖|) × 100
𝑁
(𝐈𝐈𝐈. 𝟏𝟖)
𝑖=1
Où ;
𝑃𝑅 : Valeur réelle.
𝑃𝑀 : Valeur mesurée.
Tableau suivant montrant les résultats du pourcentage d'erreur moyen absolu pour les deux
contrôleurs MPPT.
La commande
SMC
P&O
MAPE (%)
3,9124
10.6541
Tableau III.3 : Résultats du pourcentage d'erreur moyen absolu.
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Chapitre III :
Commande MPPT par mode glissant d’un système photovoltaïque
Les résultats de l'analyse statistique ont confirmé que le contrôleur MPPT mode glissant est plus
performant que le contrôleur P&O (MAPE P&O = 10,6541 %) (MAPE SMC = 3,9124 %).
Afin de mesurer l'efficacité de chaque contrôleur MPPT, le pourcentage de pertes de puissance du
système de contrôleur est calculé par rapport à la puissance maximale qu'un système PV pourrait
produire. Ce rendement MPPT est défini comme suit :
𝑡
𝑛𝑀𝑃𝑃𝑇 =
∫0 𝑃𝑚 (𝑡)𝑑𝑡
(𝐈𝐈𝐈. 𝟏𝟗)
𝑡
∫0 𝑃𝑚𝑎𝑥 (𝑡)𝑑𝑡
Tableau suivant montrant les résultats du rendement pour les deux contrôleurs MPPT :
La commande
SMC
P&O
𝒏𝑴𝑷𝑷𝑻 (%)
99.21
94.63
Tableau III.4 : Résultats du rendement des commandes.
III.4. Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons détaillé les techniques de commandes MPPT SMC. La méthode est
présentée et simulée. Les résultats de simulation sont donnés pour différentes valeurs
d’ensoleillement.
On a conclu que la commande MPPT SMC a un effet remarquable sur le comportement des
convertisseurs. En effet, elle minimise les pertes par réduction de l'erreur statique ainsi que
l'ondulation du courant. Ce dernier a des meilleurs résultats par rapport l’algorithmes MPPT P&O
en termes de rapidité du temps de réponse et faible erreur à l’état permanent. En outre, l'approche
proposée est robuste aux différentes variations des conditions atmosphériques.
D'un autre côté, par rapport aux commandes MPPT classiques (P&O), la commande MPPT SMC
élimine les dépassements critiques et conserve la conduction continue.
66
CONCLUSION GENERALE
CONCLUSION GENERALE:
Dans ce mémoire, nous avons réalisé une étude approfondie sur la commande MPPT basée sur le
mode glissant pour les systèmes photovoltaïques. Notre travail s'est articulé autour de trois
chapitres clés, chacun apportant des contributions significatives à la compréhension et à
l'amélioration des performances des systèmes PV.
Dans le premier chapitre, nous avons fait une étude sur le système PV, on a vu la structure de
système et la modélisation du générateur PV. Après on a fait l’étape essentielle dans ce travail c’est
l’étage d'adaptation, la liaison principale entre le générateur PV et la charge en deux partie. Dans
la partie de commande et à l’aide de simulations et de résultats expérimentaux, nous avons mis en
évidence l'importance de la commande P&O (perturbation et observation) dans le suivi du point de
puissance maximale. Nous avons pu observer comment cette commande permet d'optimiser
l'efficacité énergétique du système en ajustant continuellement le point de fonctionnement du
générateur PV pour maximiser la puissance de sortie. Dans la partie de puissance nous avons
détaillé la modélisation de l’hacheur boost, en considérant les paramètres électriques, les pertes de
conversion et les non-linéarités. Cette modélisation nous a permis de comprendre le comportement
de l’hacheur boost et de développer des stratégies de commande appropriées. On a fini par cite les
défirent mode d’exploitation du système PV.
Le deuxième chapitre s'est concentré sur la commande par mode glissant. Nous avons détaillé la
technique de commande par mode glissant, en expliquant son fonctionnement et ses avantages. En
utilisant une simulation MATLAB, nous avons pu évaluer les performances de cette méthode de
commande et constater son efficacité dans le contrôle des convertisseurs DC/DC. Les résultats ont
montré une réponse rapide et précise du convertisseur, ce qui est essentiel pour maintenir le point
de puissance maximale du générateur PV.
Enfin, dans le troisième chapitre, nous avons comparé la méthode P&O avec la méthode de
commande par mode glissant (SMC) pour le MPPT. Nous avons réalisé une étude comparative
approfondie en analysant les performances des deux méthodes dans des conditions variables, telles
que des changements rapides de l'ensoleillement. Cette comparaison nous a permis de mettre en
évidence les avantages et les limitations de chaque méthode. Nous avons constaté que la méthode
67
CONCLUSION GENERALE
SMC présente une meilleure réponse dynamique et une plus grande robustesse face aux variations
des conditions d'ensoleillement, mais elle nécessite une modélisation précise du système pour une
performance optimale.
En conclusion, notre mémoire de master a apporté une contribution significative à la recherche sur
la commande MPPT basée sur le mode glissant pour les systèmes photovoltaïques. Nous avons
démontré l'importance de la commande MPPT pour l'optimisation de l'efficacité énergétique des
systèmes PV. En utilisant des simulations et des résultats expérimentaux, nous avons montré
comment la commande P&O et la commande par mode glissant peuvent être utilisées pour atteindre
un suivi précis du point de puissance maximale. De plus, notre étude comparative a permis de
mieux comprendre les avantages et les limitations des différentes méthodes de commande.
Ce travail ouvre la voie à des recherches futures pour améliorer davantage les performances des
systèmes PV en utilisant des techniques de commande avancées. Il peut également servir de
référence pour les ingénieurs et les chercheurs qui travaillent dans le domaine de l'énergie solaire,
en fournissant des informations précieuses pour la conception et l'optimisation des systèmes
photovoltaïques.
68
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
[1] R. AOUF et M. RACHEDI. ‘’Association système PV au réseau électrique avec un élément de
stockage’’ Mémoire Présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master. Université Badji
Mokhtar- Annaba. 2021/2022.
[2] HAJAR DOUBABI ‘’Contribution à l’amélioration de l’efficacité d’une chaine de conversion
photovoltaïque ‘‘ thèse en cotutelle pour obtenir le grade de docteur de l’université CADI AYYAD.
Maroc juillet 2021.
[3] H. RAFAI. S. NACEREDINE. ‘Contrôle de la stabilité de tension d’un élément de Stockage
d’énergie électrique’ Mémoire de Master. Université Badji Mokhtar- Annaba. 2021/2022.
[4] K. BOUCHAREB et A. TOUATI ‘ Modélisation et simulation d'un système PV adapté par une
commande MPPT basée sur un mode glissant’. Mémoire de MASTER Académique Université
8Mai 1945 – Guelma. 2020/2021.
[5] AMIEUR, TOUFIK, "Commande des Systèmes Non Linéaires par Mode Glissant
Flou". Mémoire de Master, Université Mohamed Khider –Biskra, 2009.
[6] M. BOUCHAMA M. LAOUAR. ‘Commande par mode glissant des systèmes photovoltaïques’
Mémoire de Master en Automatique Université MOHAMMED SEDDIK BEN YAHIA – Jijel.
2017/2018.
[7] CH. REGUIG, Y. OMANE, Y. ALIAT ‘Commande MPPT par mode glissant pour les systèmes
Photovoltaïques’ Mémoire de Master. Université ECHAHID HAMMA Lakhdar d’El-Oued. 20202021.
[8] M. BETTACHE AHMED M. YAHIAOUI ACHOUR ‘Application de la technique du Mode
Glissant pour la Poursuite du Point de Puissance Maximale (MPPT) d’un générateur
69
photovoltaïque’ Mémoire de Master en Génie Électrique. UNIVERSITE DR. YAHIA FARES DE
MEDEA. 2013-2014.
[9] M. BERROUBI Abdenour ‘Commande par mode de glissement des convertisseurs Buck et
Boost intégrés dans un système photovoltaïque’ Mémoire de Fin d’Etudes Pour l’obtention du
diplôme Master en Génie Électrique. MOHAMED BOUDIAF-M’SILA. 2015 / 2016.
[10] CHEDDADI-Fatima, BOUMHIDI Ismail, SEFRITI SELMA ‘Comparaison entre la
Commande MPPT par mode glissant et la Perturbation et Observation pour les systèmes
Photovoltaïques ‘Thèse de doctorat. IMAT3E’18
[11] SANA MOUSLIM, M’HAND OUBELLA, MOHAMED AJAAMOUM, EL MAHFOUD
BOULAOUTAQ, MOHAMED BENYDIR, KAOUTAR DAHMANE, SEFRITI SELMA
“comparative analysis of maximum power point tracking method using sliding mode and P&O
controllers” Thèse de doctorat. (LASIME). University, Agadir, Morocco. July 2022.
[12] M. Kuisma, P. Silventoinen, and M. Ahmed, "Comparison Between PID Control and Sliding
Mode Control for Buck Converter," in Proceedings of the Symposium on Power Electronics,
Electrical Drives, Automation and Motion, Capri, 2004.
[13] Aimeur, Toufik, "Commande des Systèmes Non Linéaires par Mode Glissant Flou". Mémoire
de Master, Université Mohamed Khider –Biskra, 2009.
[14] Raseswari Pradhan ‘Brief Papers Double Integral Sliding Mode MPPT Control of a
Photovoltaïque System ‘IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY,
VOL. 24, NO. 1, JANUARY 2016
[15] H. Afghoul, F. Krim, D. Chikouche, A. Beddar ‘Simulation of sliding mode controller to
deliver maximum power from PV system using M-file ‘Conference Paper · May 2013
[16] Bidyadhar Subudhi, Raseswari Pradhan ‘Adaptive double-integral-sliding-mode-maximumpower-point tracker for a photovoltaic system ‘Article. Department of Electrical Engineering,
Centre of Excellence for Renewable Energy & Control, National Institute of Technology Rourkela,
Rourkela 769 008, Orissa, India. August 2015.
70
[17] Mostafa R. Mostafa, Naggar H. Saad, Ahmed A. El-sattar ‘Tracking the maximum power
point of PV array by sliding mode control method’Article. Faculty of Engineering, Ain Shams
University, Electrical Power and Machine Dep.Ciaro, Egypt. October 2019.
[18].https://biblus.accasoftware.com/fr/les-differents-types-de-systemes-photovoltaiques
caractéristiques-et-avantages/
[19] AMARA Yasmine BENSIAHMED Farah ‘‘Commande par mode de glissement d'une source
photovoltaïque connectée au réseau à travers un onduleur’’ Mémoire de fin d’études pour
l’obtention du diplôme de Master en électrotechnique. UNIVERSITE LARBI BEN M’HIDI DE
OUM EL BOUAGHI 2019/2020
71