Initiation
Objectif : modéliser des systèmes multiphysiques simples et réaliser des simulations afin de valider le modèle ou optimiser un comportement vis à vis du cahier des charges.
Ressources :
Création d’un nouveau modèle
On créé un nouveau modèle Simulink et on l’enregistre dans un dossier de travail.ATTENTION : les noms de fichier (y compris leur chemin absolu) ne doivent contenir ni espaces, ni caractère accentués.
Panneau solaire
Objectif principal
Prédire la quantité d’énergie électrique journalière que pourrait produire un panneau solaire, quel que soit le jour de l’année.
Puissance maximale
L’objectif de cette partie est de déterminer, pour une irradiance donnée, la charge résistive qui permet au panneau solaire de délivrer la puissance maximale.
Construction du modèle
On recherche dans la bibliothèque les composants nécessaires, puis on réalise les connexions :On ajuste des paramètres caractéristiques des composants :
- Caractéristiques du panneau solaire
- Charge résistive
- Irradiation du panneau solaire
On ajoute des capteurs de courant et de tension …
… puis un graphique de type scope :
Première simulation
On règle la durée de simulation, puis on la lance une première fois :Les courbes d’évolution de \(U\) et de \(I\) ne permettent pas de déterminer si la puissance fournie par le panneau passe par un maximum …
On rajoute dans le scope un 3ème graphique représentant l’évolution de la puissance \(P\) délivrée par le panneau solaire :Et on relance la simulation jusqu’à pouvoir déterminer la valeur de la charge résistive permettant au panneau de fournir une puissance maximale :
La charge résistive évolue selon une rampe de pente égale à \(1\)(fonction affine). Ainsi, à l’instant \(1\;\text{s}\), la charge vaut \(1\;\Omega\).
On peut donc relever cette valeur sur l’axe du temps, à l’instant où la puissance est maximale, soit \(R\approx0,1\;\Omega\).
Avant de fixer la valeur de la charge résistive à \(0,1\;\Omega\) sur le modèle, on relance plusieurs simulations, pour différentes valeurs d’irradiance :
On constate que la valeur optimale de la charge résistive n’est pas la même selon l’irradiance reçue par le panneau.
Nous utiliserons plus tard un moyen pour adapter en continue la valeur de la charge résistive …
Détermination de l’énergie journalière
On remplace l’irradiance constante par une irradiance qui dépend du jour de l’année et de l’heure :On choisit dans un premier temps la date du 1er Janvier, on oriente le panneau vers le sud (180°) et on l’incline de 60° par rapport à l’horizontale.
On ajoute le calcul de l’énergie fournie par le panneau solaire ainsi qu’un afficheur (display) pour la visualiser.
On fixe la charge résistive à \(0,1\;\Omega\), puis on adapte la durée de la simulation à une journée complète et enfin on lance la simulation pour connaître la quantité d’énergie fournie :
Optimisation
Comme on a pu le voir, l’efficacité du panneau (la puissance qu’il fournit) dépend de la charge résistive qu’on place à ses bornes, qu’il faut moduler en fonction de l’irradiance solaire.
La plupart des régulateurs que l’on place en sortie de panneau sont équipés de dispositifs d’adaptation automatique de la charge résistive apparente : un microcontrôleur avec un algorithme de recherche du point de puissance maximal (voir les cellules photovoltaïques).
Ce dispositif est appelé MPPT (Maximum Power Point Tracking).
On met en place un régulateur MPPT :
Analyse
- le 21 juin, solstice d’été
- le 21 décembre, solstice d’hiver