Pompage photovoltaïque au fil du soleil

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RPompage photovoltaïqueau fil du soleilThierry MARTIRÉ * , Charles JOUBERT * ,Christian GLAIZE * , Benoît ROUVIÈRE *** Laboratoire d'Électrotechnique de Montpellier** Apex Ingénierie/ BP SOLAR, MontpellierU N I V E R S I T É M O N T P E L L I E R I I ( S c i e n c e s e t T e c h n i q u e s d u L a n g u e d o c )

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RRecherches en "Électricité Verte" au LEMVéhicule Électrique (convertisseurs, chargeurs, batteries, actionneurs)->Énergies renouvelables (photovoltaïque, éolien, stockage)Économie d'énergie en éclairage urbain

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RPoint de départAccroissement de l'agriculture dans les PEVD⇒ IrrigationEau profonde⇒ Plus forte puissance

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RProposition de solutionSource d'énergie : panneaux photovoltaïquesStockage de l'eau⇒ pas d'accumulateurs électrochimiquesPompage"au fil du soleil"

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RChoix de matérielPompe centrifugeMoteur à courant continu en surfaceMoteur asynchrone triphasé immergé- sur étagères (tension standard, modèles différents)- sans capteurs

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RCaractéristique de l'onduleurEnsoleillement variable⇒ Puissance variable⇒ Vitesse variablePuissance …8kW

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RCouplage des panneauxPuissance 8kW⇒ environ 100 panneauxMise en série (pas de //) : 1.500 V en charge⇒ Mise en parallèle (directe ou indirecte)

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E R2 (+ 1) approches

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E R1 ère approcheCouplage série HT de panneaux :» 485 V à vide, » 330 V en chargeQuelques branches en parallèle⇒ MPPT global : risque² de perte de puissance1 seul onduleur (sans transfo)⇒ Machines 230 V

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L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E R2 ème approcheCouplage série BT des panneaux(» 150 V à vide, » 96 V en charge)Aucune mise en parallèle directe de branchesConvertisseurs (» 1 kW) et bus continuSi hacheurs élévateurs, bus 600 V => Machines 400 VChaque chaîne de panneau peut délivrersa puissance maximaleAugmentation de la redondance, fiabilité

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L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E R3 ème approche (futur)1 panneau (ou quelques panneaux en série) +hacheur élévateur + onduleur (petite centaine deW à quelques centaines de W)Aucune mise en parallèle de branchesMise en parallèle des sorties des onduleursChaque (chaîne de) panneau peut délivrersa puissance maximale

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RRetour sur la 1 ère approcheCouplage série HT de panneaux :» 485 V à vide, » 330 V en charge1 seul onduleur (sans transfo), machine 230 V

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E R1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RStabilité du systèmeFonctionnement à puissance constante⇒ Résistance dynamique négative+ L, C⇒ Risque d'oscillations1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RIntroduction d’un mode de pilotage de la machine en U 0+RIChoix des paramètres U 0et R1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RChoix des paramètres U 0 et R(figures Excel)U 0 = 0 => R varie =>modification des paramètres de l’asservissementR = 0 => U 0 varie =>petite variation de U 0 peut entraînerde grandes variations du courantChoix R = Cte => commande de U 01ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RContrôle de U 0 :Asservissement extrémalLimitation inférieure de U 0pour alimentationsVariations « lentes » de U 0pour éviter oscillations mécaniques(inertie de la pompe et de la colonne d’eau)(…)1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E R2 Boucles d’asservissement :- boucle de courant (asservissement classique ; régulateur PI)- recherche du MPPT (asservissement extrémal)1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RModélisations – Simulations1/ statique : dimensionnement1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RModélisations – Simulations2/ dynamique : comportement dynamique,étude de la stabilitéas+1bs+1cs+1ds+1Modèle "DC" : panneau -> entrée onduleur1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RModélisations – Simulations2/ dynamique : comportement dynamique,étude de la stabilitéAsModèle "AC" : onduleur - pompe1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RModélisations – Simulations2/ dynamique : comportement dynamique,étude de la stabilitéCourant / échelon d'ensoleillement1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RExpérimentationFrance,… Mali, Cap Vert, Tchad1ère approche : HT

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RRetour sur la 2 ème approcheCouplage série BT des panneaux(» 150 V à vide, » 96 V en charge)Mise en parallèle de sortiede hacheurs élévateurs,bus 600 V, machine 400 V

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RChaque convertisseur cherche le PPM de sa branche⇒ fonctionnement optimal de chaque branche donc de tous lespanneaux+ (n fois)600 V =400 Volts Tri2 ème approche : mise en //

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RHacheurs élévateurs multiniveauxRapport de transformation (2*3)2 ème approche : mise en //

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RCalibre en tension et en courant réduits pour les interrupteursComposants magnétiques plus petits2 ème approche : mise en //

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RSéquences de commutation2 ème approche : mise en //

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RMise en // des sorties⇒ pilotage du courant d'entrée de chacun des hacheursMPPT indépendante pour chacun des hacheurs==Main α-+PIMPPTPas de batteries =>interdépendance des convertisseurs2 ème approche : mise en //

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RModélisations – Simulations(In-)dépendance entre convertisseurs2 ème approche : mise en //

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RCONCLUSIONFil du soleil => pas de batteries => difficultés- Problèmes de stabilité résolus- MPPT innovant : action sur la caractéristique del'onduleur- Faisabilité de systèmes multi-convertisseurs sansbatterie

L A B O R A T O I R E D ‘ É L E C T R O T E C H N I Q U E D E M O N T P E L L I E RAVENIRContinuer travaux sur 2ème approche :mise en // de convertisseursContinuer travaux sur 3 ème approche :1 panneau (ou quelques panneaux en série) +hacheur élévateur +onduleur (petite centaine de W à quelques centaines de W+ mise en parallèle des sorties des onduleurs