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Intelligent photovoltaic power plant diagnostic system

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by

milouda elhadj

on 10 November 2015

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Transcript of Intelligent photovoltaic power plant diagnostic system

Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Étude et réalisation d’un contrôleur intelligent de diagnostic,
de supervision et d’auto-isolation des modules
défaillants dans une centrale PV.
Plan de l'exposé
Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Modélisation et simulation des systèmes Photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Conclusion
&
perspectives

Centrale PV
Système

Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

L’industrie mondiale de production des cellules PVs
Situation mondiale du photovoltaïque en 2010
Principe de fonctionnement d'une cellule
photovoltaique
Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Modélisation et simulation des systèmes Photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Centrale photovoltaique
Système

Système de diagnostic et de supervision d'une centrale photovoltaique
Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

Technologies du photovoltaique
Le PV au Silicium
1. Les cellules de première génération
2. Les cellules de deuxième génération
1. Technologie liée au CdTe (Tellurure de Cadmium )
2. Technologies au CIGS sans éléments toxique, alternative du Cd (Cuivre, Gallium, Indium et de Sélénium)
3. Technologie au CZTS (Cuivre, Zinc, l’Etain, Soufre et le Sélénium)
4. Technologie cellules organiques
Technologie du futu
r
1. Technologie PV à concentration (CSP)
2. Technologie à pigments photosensibles
3. Technologie des cellules solaires à boites quantiques
4. Technologie cellules organiques
5. Technologie cellules organiques
Autres
L’industrie mondiale du photovoltaïque
Situation mondiale du photovoltaïque en 2010
Plan de l'exposé
Modélisation et simulation des systèmes Photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Centrale photovoltaique
Système

Système de diagnostic et de supervision d'une centrale photovoltaique
Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

Principe de fonctionnement d'une cellule
photovoltaique
Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Modélisation et simulation des systèmes Photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Centrale photovoltaique
Système

Système de diagnostic et de supervision d'une centrale photovoltaique
Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

Technologies du photovoltaique
Le PV au Silicium
1. Les cellules de première génération
2. Les cellules de deuxième génération
1. Technologie liée au CdTe (Tellurure de Cadmium )
2. Technologies au CIGS sans éléments toxique, alternative du Cd (Cuivre, Gallium, Indium et de Sélénium)
3. Technologie au CZTS (Cuivre, Zinc, l’Etain, Soufre et le Sélénium)
4. Technologie cellules organiques
Technologie du futu
r
1. Technologie PV à concentration (CSP)
2. Technologie à pigments photosensibles
3. Technologie des cellules solaires à boites quantiques
4. Technologie cellules organiques
5. Technologie cellules organiques
Autres
L’industrie mondiale du photovoltaïque
Situation mondiale du photovoltaïque en 2010
Principe de fonctionnement d'une cellule
photovoltaique
Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Modélisation et simulation des systèmes Photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Conclusion
&
perspectives

Centrale photovoltaique
Système

Système de diagnostic et de supervision d'une centrale photovoltaique
Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

Technologies du photovoltaique
Le PV au Silicium
1. Les cellules de première génération
2. Les cellules de deuxième génération
1. Technologie liée au CdTe (Tellurure de Cadmium )
2. Technologies au CIGS sans éléments toxique, alternative du Cd (Cuivre, Gallium, Indium et de Sélénium)
3. Technologie au CZTS (Cuivre, Zinc, l’Etain, Soufre et le Sélénium)
4. Technologie cellules organiques
Technologie du futu
r
1. Technologie PV à concentration (CSP)
2. Technologie à pigments photosensibles
3. Technologie des cellules solaires à boites quantiques
4. Technologie cellules organiques
5. Technologie cellules organiques
Autres
L’industrie mondiale du photovoltaïque
Situation mondiale du photovoltaïque en 2010
Principe de fonctionnement d'une cellule
photovoltaique
Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Modélisation et simulation des systèmes Photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Centrale photovoltaique
Système

Système de diagnostic et de supervision d'une centrale photovoltaique
Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

Technologies du photovoltaique
Le PV au Silicium
1. Les cellules de première génération
2. Les cellules de deuxième génération
1. Technologie liée au CdTe (Tellurure de Cadmium )
2. Technologies au CIGS sans éléments toxique, alternative du Cd (Cuivre, Gallium, Indium et de Sélénium)
3. Technologie au CZTS (Cuivre, Zinc, l’Etain, Soufre et le Sélénium)
4. Technologie cellules organiques
Technologie du futu
r
1. Technologie PV à concentration (CSP)
2. Technologie à pigments photosensibles
3. Technologie des cellules solaires à boites quantiques
4. Technologie cellules organiques
5. Technologie cellules organiques
Autres
L’industrie mondiale du photovoltaïque
Situation mondiale du photovoltaïque en 2010
Principe de fonctionnement d'une cellule
photovoltaique
Plan de l'exposé
Technologie et marché de la filière photovoltaïque
Modélisation et simulation des systèmes photovoltaïques
Diagnostique et supervision des centrales photovoltaïques
Simulation et réalisation du système
Introduction
Technologies du photovoltaique
Le PV au Silicium
1. Les cellules de première génération
2. Les cellules de deuxième génération
1. Technologie liée au CdTe (Tellurure de Cadmium )
2. Technologies au CIGS sans éléments toxique, alternative du Cd (Cuivre, Gallium, Indium et de Sélénium)
3. Technologie au CZTS (Cuivre, Zinc, l’Etain, Soufre et le Sélénium)
4. Technologie cellules organiques
Technologie du futu
r
1. Technologie PV à concentration (CSP)
2. Technologie à pigments photosensibles
3. Technologie des cellules solaires à boites quantiques
4. Technologie cellules organiques
5. Technologie cellules organiques
Autres
L’industrie mondiale du photovoltaïque
Situation mondiale du photovoltaïque en 2010
Meilleurs rendements des cellules solaires en R&D
Technologies du photovoltaique
Le PV au Silicium
1. Les cellules de première génération (Si-mono, Si-poly: Wafers de 200 à 350µm d'épaisseur)
2. Les cellules de deuxième génération (couches minces : a-Si, épaisseur < 1µm)
3. Les cellules de troisième génération (multi-jonctions couches minces et poly couches minces)
1. Technologie liée au CdTe (Tellurure de Cadmium )
2. Technologies au CIGS sans éléments toxique, alternative du Cd (Cuivre, Gallium, Indium et de Sélénium)
3. Technologie au CZTS (Cuivre, Zinc, l’Etain, Soufre et le Sélénium)
4. Technologie cellules organiques
Technologie émergente
1. Technologie PV à concentration (CSP)
2. Technologie PV à pigments photosensibles
3. Technologie PV à boites quantiques
Autres non Silicium
Quelques photos des cellules PV
Technologie silicium
1ère génération
2ème génération
3ème génération
Quelques photos des cellules PV
Autres technologies
CdTe
CIGS
CZTS
Cellules organiques
Modélisation électrique d’une cellule PV réelle
Le modèle standard (Modèle à une seule diode)
Caractéristiques I-V et P-V d'une cellule solaire et paramètres principaux
Le modèle à deux diodes
Connexion de cellules solaires en parallèle

Connexion de cellules solaires en série
Les tensions des cellules individuelles s’additionnent.

Modélisation des sources photovoltaïques alimentant un bus HVDC sous "Orcad Pspice".
Module PV choisi est "SP75"

Résultats de simulation :

Caractéristiques I-V et P-V du module PV SP75 ; pour une variation d’irradiation à température fixe.

Caractéristiques I-V du module commercial SP75 données par le fabricant pour des niveaux d’irradiations à une température fixe de 25°C.

Caractéristique I-V et P-V simulées du GPV (60 SP75 en série) en fonction de variation de température et une irradiation fixe de 1000W/m².

Influence de l’ombrage sur les caractéristiques I-V et P-V sous les conditions STC d’environnement.

Les défauts des éléments PV
Méthodes de diagnostic
Méthodes non-électriques
Méthodes électrique

Méthode thermique
Détection de défaut panneau solaire par drone équipé d'une caméra thermique Optris
Méthodes électriques
Système de supervision et de contrôle
Collecte et stockage
des données
Traitement des données
Isolement du défaut
Télé-suivi
et
monitoring
Système de supervision et de contrôle
Pour qu'un système de supervision aura une information fiable, précise et en Temps-Réel, il doit être doté :

De capteurs de précision;
D'un support de communication.
Les capteurs
Le capteur d’intensité lumineuse (Convertie en irradiation solaire)
Capteur d’intensité de courant (ACS712elctr-20A)

Les communications
Le modem RF XBee
Module Bluetooth
Simulation et conception
La station fixe
Alimentation de la station Fixe
Acquisition des tensions des modules PV
Acquisition des grandeurs analogiques (Tensions et courants)
La charge dynamique
Système sélectif des Modules PV
Le microcontrôleur (µC) PIC18F4520
La communication
cette station utilise deux protocoles de communication
Protocole RS232
Protocole ZigBee
Mesure de la température
Mesure de l’irradiation solaire (BH1750)
Schéma global de la station Fixe
Composition de la station Fixe
Fonctionnement du programme principal
La station Mobile
La station mobile de l'intérieur
Composition de la station Mobile
Alimentation de la station mobile
Batterie d’alimentation
Calendrier et horloge numériques
Sauvegarde sur EEprom série externe
Contrôle et navigation par l’encodeur rotatif
Communications
Protocole RS232
Protocole ZigBee
Protocole Bluetooth
L'affichage graphique
Le microcontrôleur (µC)
Développement de l’IHM (Interface Homme Machine)

et le superviseur sur Serveur-Web
IHM (Interface Homme Machine)
La supervision sur Serveur-Web
Université Hassiba Benbouali de Chlef (U.H.B.C)
Faculté de Technologie
Département d’Électrotechnique
MASTER
Domaine : Sciences & Technologies
Filière : Génie Électrique
Option : (1) Protection et Contrôle des Réseaux Électriques
(2) Systèmes Électro-Énergétiques
Présenté par :
(1) M. KELLAL
(2) Z. ABBAS CHOHRA
Président Mr Mohamed BOUNADJA M.C.B
Encadreur Mr. Abdallah ZEGAOUI M.C.B
Examinateur Mr. Ahmed CHERID M.A.A
Examinateur Mr. Maamar BENYAMINA M.A.A

Promotion : Juin 2015
Conclusion
&
perspectives

Conclusion
&
perspectives

Plan de l'exposé
Conclusion
&
perspectives

Plan de l'exposé
Conclusion
&
perspectives

Plan d'exposé
Conclusion & perspectives
Nous vous remercions
pour votre attention
Les résultats obtenus au cours de ce travail de recherche nous semblent être très encourageants et sont une motivation pour continuer à poursuivre des travaux de recherches sur les techniques de diagnostic des générateurs photovoltaïques. Comme perspectives, nous pouvons proposer :

D'étendre le prototype pour un fonctionnement en réseau de capteurs maillé sans fil, communiquant par le protocole ZigBee ;

D'utiliser les nouveaux systèmes embarqués, tel que le "
Raspberry Pi
", équipés probablement par une caméra thermique et piloté par un drone;

D'utiliser le protocole ModBus pour des mini-systèmes PVs;

D'utiliser le système d'exploitation "
Android"
pour la supervision au niveau des tablettes et smartphone.
Plan de l'exposé
Conclusion
&
perspectives

Fiable
Précise
Temps-Réel
Incendie
Installation locale
Centrale PV
Classification des défauts par élément du système

Méthode non-électrique
Supervision
Système de diagnostic et de supervision d'une centrale PV
Vue globale du système
Principe de fonctionnement d'une cellule PV
Résultats expérimentales du prototype sous test
MPP1
• VOC1 = 19.68V
• ISC1 = 5.23A
• VMPP1 = 16.6V
• IMPP1 =2.65A
• Pmax1 = 43.990W

MPP2
• VOC2 = 19.68V
• ISC2 = 5.23A
• VMPP2 = 6.54V
• IMPP2 = 4.8A
• Pmax2 = 31.392W

Références du module PV utilisé dans le test du notre système
Centrale PV
Système

Déstruction totale des module PV
Défaut au niveau des connectiques
Cahier des charges

Incendie
Installation locale
Centrale PV
Tests et résultats
expérimentaux
sur
le prototype

Les courants des cellules individuelles s’additionnent.
Date : 04/06/2015 à 12 :33
Température : 32 ,19°C
Irradiation : 629 W/m²

Défaut d'ombrage

Photos du test du notre prototype devant le jury

Photos du test du notre prototype devant le jury
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