Rapport technique

Stagiaire: Yahya Mawlawi
Superviseur: Prof. Johan Gyselinck ULB
Maitre de stage : Dr. Farid Fodil Pacha Rapport technique
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Stage installation et émulation des panneaux photovoltaïques 30/Mars/2009
Photovoltaic toolbox
Simulation d’un générateur photovoltaïque
L’objectif est de réaliser une librairie sous matlab Simpower permettant la création d’un
modèle d’un générateur photovoltaïque à partir d’un circuit équivalent d’une cellule de
base réalisé grâce à cette même librairie. Ce modèle servira à étudier les caractéristiques
(I-V et P-V) de ce générateur ainsi que leurs comportements en fonction des paramètres
solaires a savoir l’éclairement dans le plan des panneaux (ES) et la température de jonction
(Tj).
Dans la littérature on trouve de nombreux modèles mathématiques pour représenter le
comportement fortement non linéaire d’une cellule photovoltaïque. Cette non-linéarité est
due principalement aux jonctions semi-conductrices qui sont à la base de la réalisation des
cellules. Ces différents modèles diffèrent par le nombre de paramètres intervenants dans le
calcul de la tension et du courant de sortie d’une cellule. Ainsi, on trouvera des modèles à
une diode ou à deux diodes suivant le nombre de jonction considérés.
1) Caractéristique électrique d’une cellule photovoltaïque
Le modèle d’une cellule à une diode est caractérisé par son schéma électrique équivalent
(Fig1.1). La source de courant modélise la conversion du rayonnement solaire en énergie
électrique, la résistance shunt Rsh représente l’état de la surface à la périphérie de la
cellule, la résistance série (Rs) correspond aux diverses résistances de contact et de
connexion réalisés sur une cellule et la diode en parallèle modélise la jonction PN. Ces deux
résistances représentent les différentes pertes au niveau d’une cellule.
Fig. 1.1 Schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque
La réalisation, sous Simulink/SimPowerSystems, de ce schéma électrique peut être effectuée par
plusieurs méthodes. En effet la librairie (Fig 1.2 ) contient 4 cellules réalisées selon 3 méthodes

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Fig. 1.2 Librairie contenant 4 cellules photovoltaïques
Le principe de réalisation étant le même, la seule différence sera au niveau de la méthode
de représentation de la diode ou bien le nombre de diodes utilisées.
La librairie contient des modèles de diode réelle permettant la résolution du problème de
discontinuités dû à l’approximation linéaire du modèle de la diode présent sous Simpower.
Bref, le principe de réalisation des deux premières cellules peut être résumé en 4 étapes :
 Etape 1 : l’assemblage des composants de la Figure 1.3, permet de construire le modèle d’une
cellule à une diode. La source de courant et la diode, représentées dans la Figure 1.1, seront
remplacées par une source de courant équivalente. Ce choix est imposé en raison de l’absence,
dans la librairie SimPowerSystems, d’un modèle d’une diode représentant sa caractéristique
réelle. Pour communiquer avec les autres parties du modèle utiliser les blocks « Goto » et
« From » disponibles dans la Toolbox Simulink/Signal Routing. Par un double click sur ces blocks,
choisir « local » dans le menu déroulant de « Tag Visibility » pour éviter des conflits entre les
variables de même appellation lorsqu’on souhaite faire du copie/coller de plusieurs cellules. Les
paramètres, de cette partie du modèle, sont donnés par le Tableau 1.1.

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Fig. 1.3 Différents composants du schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque
Composant
Symbole
Ohms
Résistance série
Rs
0.01
Résistance shunt
Rsh
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Tableau 1.1 Valeurs des résistances utilisées dans le modèle d’une cellule à une diode
 Etape 2 : réaliser le schéma représenté par la Figure 1.4 afin de générer l’image du courant (Is)
qui traverse la source de courant représentée sur la Figure 1.3 Ce courant est la différence des
courants (I_Es et Id) représentés sur la Figure 1.1. Le courant de la diode est donné par la
fonction simplifiée suivante:
1
26
exp.1 3
9
e
Vd
eId
(1.1)

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Fig. 1.4 Différents composants du schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque
Le courant (I_Es) est directement dépendant des rayonnements solaires (Es) et de la
température de la cellule (Tj). Ce courant est donné par la relation suivante :
TjrefTjeErefEseEseEsI  .5.1.._ 443
(1.2)
Esref et Tjref correspondent aux conditions standards de test de panneaux photovoltaïques et
auront donc, respectivement, les valeurs suivantes : 1000 W/m2 et 25°.
La température de la cellule peut être calculée à partir de la température ambiante et celle du
rayonnement solaire par la relation suivante :

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 800
20
._ Noct EsambTTj
(1.3)
Où Noct est une condition de température nominale de fonctionnement de la cellule qui est
donnée par le constructeur.
Il serait aussi préférable d’utiliser des blocks « Goto » et « From » pour communiquer avec les
autres parties du modèle. Afin d’éviter les problèmes de simulation de type « Algebraic loop »,
ajouter, un retard d’un pas de calcul, à l’entrée du block « courant_diode » (Figure 1.3).
Pour réaliser les fonctions (1.1) et (1.2), utiliser le block Simulink de type «Embedded MATLAB
Function », voir Figures (1.5) et (1.6).
Fig. 1.5 Utilisation du block ««Embedded MATLAB Function »
pour l’estimation du courant dû au rayonnement