Amélioration de la productivité et de la fiabilité d’un système photovoltaïque sous ombrage partiel

Résumé

Les chercheurs s’entendent pour reconnaître qu’un module photovoltaïque soumis à l’ombrage partiel continue de poser des défis de taille, particulièrement en ce qui concerne la fiabilité et la puissance électrique fournie. En effet, plusieurs enjeux techniques ayant un impact direct sur les performances du système photovoltaïque doivent être approfondis et repensés. Le but de cette recherche est donc de réexaminer l’exploitation d’un module photovoltaïque dans le contexte d’ombrage total ou partiel. Cette réflexion s'articulera notamment autour des quatre thèmes principaux suivants: l’approfondissement de la compréhension du comportement des cellules dans le deuxième quadrant de la caractéristique I-V, la détection de l’ombrage via la mesure des paramètres dynamiques des cellules, la protection contre les points chauds ainsi que la poursuite du point de puissance globale sous différents scénarios d’ombrages. Nous aborderons, dans un premier temps, la classification des cellules solaires ainsi que l’étude des contraintes sur les cellules ombragées. Les contraintes apparaissent notamment lors du fonctionnement au 2e quadrant. Polarisées en inverse, ces cellules consomment une partie de l’énergie produite par les cellules éclairées. Nous démontrerons également les limites des diodes de contournement dans la prévention des points chauds. Pour la deuxième étape, la mesure des paramètres dynamiques des cellules afin d’identifier celles qui sont ombragées est détaillée. Une procédure complète a été développée et testée au laboratoire. Les résultats obtenus sont très prometteurs. Toutefois, cette méthode ne sera pas retenue pour la détection d’ombrage pour des raisons de difficulté d’implantation en temps réel. L’étape suivante se focalise sur la protection contre les points chauds. À cet effet, nous avons choisi une stratégie qui procure la meilleure protection qui consiste à isoler les sous-groupes ombragés. Toutefois, la déconnexion pose des défis de taille, notamment la détection du début et de la fin de l’ombrage et la poursuite du point de puissance maximale. Construit à l’aide de composants simples et standards, le circuit électronique que nous introduisons est en mesure de relever ces défis. De plus, un autre élément a été considéré dans notre étude. Il s’agit de l’analyse du stress thermique des cellules ombragées lors de l’application des commandes de recherche de puissance globale. Les commandes que l’on retrouve dans la littérature sont complexes et impliquent, dans beaucoup de cas des méthodes heuristiques qui sont non seulement exigeantes en puissance de calcul, mais également sujettes aux risques de divergence. Ce qui est proposé, dans cette quatrième étape, c’est une nouvelle approche dénommée "Méthode d’Écrêtage de Tensions". Cette démarche est originale et constitue un complément aux techniques largement utilisées de courant de court-circuit fractionnel (FSCC) et de tension de circuit ouvert fractionnel (FOCV). Elle est facile à mettre en oeuvre et donne des résultats suffisamment précis et très rapide. En effet, en un nombre réduit d’étapes, il est possible de dresser un portrait clair de la situation d’ombrage, ce qui permet de localiser tous les points de puissance maximale locaux et global. Elle peut fonctionner de pair avec les techniques de protection contre les points chauds sans causer de stress thermique aux cellules ombragées, ce qui présente un grand avantage.

Date	7 août 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ambrish Chandra (Directeur(-trice)) & Ahmed Cheriti (Codirecteur(-trice))