gestion des sources hybrides electriques avec une
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UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO
DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
MENTION PHYSIQUE ET APPLICATIONS
MEMOIRE
Pour l’obtention du diplôme de
Master d’Ingénierie en Energies Renouvelables
Sur
Présenté par :
RAZAFIARIMANANA Herimampionona Louisette Mireille
devant la commission d’examen composée de :
Président : RAKOTO Joseph Onimiamina Maître de Conférences
Rapporteurs : RANDRIAMANANTANY ZelyArivelo Professeur Titulaire
RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin Maître de Conférences
Examinateur
: RAKOTOSALAMA Donné Maître de Conférences
le 06 Juillet 2017
GESTION DES SOURCES HYBRIDES
ELECTRIQUES AVEC UNE PLATEFORME
INTELLIGENTE
UNIVERSITÉ D’ANTANANARIVO
DOMAINE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
MENTION PHYSIQUE ET APPLICATIONS
MEMOIRE
pour l’obtention du diplôme de
Master d’Ingénierie en Energies Renouvelables
Sur
Présenté par :
RAZAFIARIMANANA Herimampionona Louisette Mireille
devant la commission d’examen composée de :
Président : RAKOTO Joseph Onimiamina Maître de Conférences
Rapporteurs : RANDRIAMANANTANY ZelyArivelo Professeur Titulaire
RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin Maître de Conférences
Examinateur: RAKOTOSALAMA Donné Maître de Conférences
le 06 Juillet 2017
SOURCES HYBRIDES ELECTRIQUES AVEC
UNE PLATEFORME INTELLIGENTE
EXPERIMENTATION DE GESTION DES
SOURCES HYBRIDES ELECTRIQUES AVEC
UNE PLATEFORME INTELLIGENTE
REMERCIEMENTS
Ce travail a été réalisé dans le Laboratoire de Thermodynamique, Thermique et Combustion
(LTTC) de la Mention Physique et Applications du Domaine Sciences et Technologies de
l’Université d’Antananarivo en partenariat avec le Centre National de Recherches
Industrielles et Technologies (C.N.R.I.T).
D’abord, je tiens à exprimer mes remerciements à Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson,
Professeur Titulaire, Chef du Domaine Sciences et Technologies, pour m’avoir permis e
d’effectuer mes études dans le domaine Sciences et Technologies.
Monsieur RAKOTONDRAMIARANA HeryTiana, Maître de Conférences, Responsable de la Mention
Physique et Applications pour m’avoir autorisée à m’inscrire dans ladite Mention.
Madame RAKOTO JOSEPH Onimihamina, Maître de Conférences, Responsable du Parcours Master
d’Ingénierie en Énergies Renouvelables (M.I.E.R.), pour m’avoir autorisée à suivre mes études dans
son parcours et pour avoir acceptée de juger ce mémoire.
Madame RANDRIAMANANTANY ZelyArivelo Professeur Titulaire, Responsable du Laboratoire de
Thermique, Thermodynamique et Combustion (L.T.T.C) et Monsieur RANDRIANIRAINY Huchard,
Maître de Conférences, Chef du Département Énergétique du C.N.R.I.T., pour m’avoir encadrée lors
de la réalisation du présent mémoire.
Mes vifs remerciements vont à l’endroit de mon examinateur Monsieur RAKOTOSALAMA Donné,
Maître de Conférences de l’Université d’Antananarivo.
Monsieur MANDIMBY Junior Jean Tigana, Docteur en Physique et Applications pour m’avoir aidée
pendant la réalisation du présent mémoire.
Que tous les membres du corps enseignant du Master d’Ingénierie en Énergies Renouvelables
trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude.
J’adresse mes remerciements respectueux aux endroits des membres des personnels administratifs et
techniques de la mention Physique et Applications et de l’Institut pour la Maîtrise de l’Énergie (IME)
J’exprime également mes sentiments chaleureux à mes parents, ma famille et mes amis, pour leurs
soutiens et encouragements lors de la réalisation du présent mémoire.
i
TABLES DES MATIERES
TABLES DES MATIERES…………………………………………………………………i
LISTE DES ABREVIATIONS……………………………………………………………...iii
LISTES DES FIGURES……………………………………………………………………..iv
LISTE DES TABLEAUX…………………………………………………………………....v
ITRONDUCTION GENERALE……………………………………………………………..1
CHAPITRE I : CADRE ET CONTEXTE DE L’ETUDE…………………………………....2
I.1. LE CENTRE NATIONAL DE RECHERCHES INDUSTRIELLES ET
TECHNOLOGIQUES…………………………….………………………………………….2
I.1.1. Description……………………………………………………………………...2
I.1.2. Missions du Centre National de Recherches Industrielles et Technologiques...3
I.1.3. Présentation et organisation du C.N.R.I.T………..............................................3
I.2. GENERALITES SUR LES SYSTEMES HYBRIDES…………………………………..7
I.3. COMPOSANTS DU SYSTEME HYBRIDE ELECTRIQUE…………………………...8
I.3.1. Energie éolienne ou éolienne…………………………………………………...8
I.3.2. Groupe électrogène…………………………………………………………….12
I.3.3. Système de stockage…………………………………………………………...12
I.4. STRUCTURE DU SYSTEME HYBRIDE ELECTRIQUE……………………………..13
I.4.1. Systèmes hybrides combinant les sources d’énergie renouvelables…………..13
I.4.2. Systèmes hybrides combinant des sources d’énergie renouvelables avec des
sources d’énergie classique…………………………………………………………………..14
I.4.3. Systèmes hybrides combinant des sources d’énergie renouvelables avec des
systèmes de stockage…………………………………………...…………………………....14
I.5. CONFIGURATION D’UN SYSTEME HYBRIDE…………………………………….14
I.5.1. Configuration à bus CC………………………………………………………..14
I.5.2. Configuration à bus CA………………………………………………………..15
I.5.3. Configuration à bus CC/CA…………………………………………………...16
CHAPITRE II : PLATEFORME INTELIGENTE POUR UNE INSTALLATION HYBRIDE
ELECTRIQUE…………………………………………………………………………….....17
II.1. MICROCONTROLEUR ARDUINO…………………………………………………...17
II.1.1. Introduction…………………………………………………………………...17
ii
II.1.2. Partie matérielle……………………………………………………………......17
II.1.3. Partie logicielle..................................................................................................18
II.1.4. Constitution d’une carte Arduino……………………………………………...20
II.1.5. Carte Arduino Méga 2560.....................................................................…... 21
II.1.6. Relais………………………………………………………………………......22
II.2. DISPOSITION DU MATERIEL……………………………………………………......24
II.3. DESCRIPTION DES ELEMENTS DE LA PLATEFORME………………………....24
II.3.1. Module ampèremètre……………………………………………………….....24
II.3.2. Module voltmètre………………………………………………………….......25
II.3.3. Écran LCD ….…………………………………………………………..........25
II.3.4. Eolienne……………………………………………………………………......25
II.3.5. Batterie……………………………………………………………………........30
II.3.6. Configuration onduleur…………………………………………………….....30
II.3.7. Réseau électrique………………………………………………………….…...31
CHAPITRE III : MISE EN PLACE DE LA PLATEFORME ET VALIDATION………......32
III.1. SITE D’IMPLATATION……………………………………………………….32
III.2. CARACTERISTIQUES DE LA MAISON TYPE CHOISIE……………….....32
III.3. CONFIGURATION DU SYSTEME…………………………………………...33
III.4. RESULTATS…………………………………………………………………...34
III.5. DISCUSSIONS…………………………………………………………..…..…38
CONCLUSION GENERALE……………………………………………..............................39
ANNEXE……………………………………………………………………………..............40
REFERENCES…………………………………………………………………………...…...42
iii
LISTE DES ABREVIATIONS
CA : Courant Alternatif
CC : Courant Continue
C.I.D.S.T. : Centre d’Information et de Documentation Scientifique et Technique
C.N.R.I.T. : Centre National de Recherches Industrielles et Technologiques
DC : Digital Continue
ENR : Energie Renouvelable
G.A.S. : Génératrice Asynchrone
G.S. : Génératrice Synchrone
IDE : Interface de Développement Intégrer
JI.RA.MA: JIro sy RAno Malagasy
RAM: Radon Access Memory
S.T.C: Standard Test Condition
iv
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Organigramme du CNRIT… ....................................................................... 5
Figure 2 : Caractéristiques d’un aérogénérateur. .......................................................... 10
Figure 3 : Système éolien basé sur le générateur synchrone à aimants permanents …11
Figure 4 : Configuration du générateur… .................................................................... 12
Figure 5: Structure d’un système hybride… ................................................................ 13
Figure 6 : Configuration à bus CC… .......................................................................... 15
Figure 7 : Configuration à bus CA… ........................................................................... 16
Figure 8 : Configuration à bus CC/CA…… ................................................................. 16
Figure 9 : Structure de programme sur IDE Arduino….. ............................................. 20
Figure 10 : Structure de la carte à microcontrôleur Arduino 2560… ........................... 21
Figure 11 : Schéma interne de relais… ........................................................................ 22
Figure 12 : Plateforme intelligente pour une installation hybride.. .............................. 24
Figure 13 : Module ampèremètre… ............................................................................. 25
Figure 14 : Module voltmètre…. .................................................................................. 25
Figure 15 : Photographie éolienne….. .......................................................................... 26
Figure 16 : Système de régulation….. .......................................................................... 27
Figure 17 : Variation de la tension en fonction de la vitesse de vent… ....................... 28
Figure 18 : Variation du courant en fonction de la vitesse de vent…. ......................... 28
Figure 19 : Variation de la puissance instantanée en fonction de la vitesse de vent… 29
Figure 20 : Batterie Hi-Te Energy… ............................................................................ 31
Figure 21 : Convertisseur DC/AC 3kW… ................................................................... 31
Figure 22 : Données climatiques du district Antananarivo… ...................................... 32
Figure 23 : Configuration du système… ...................................................................... 34
Figure 24 : Batterie de l’éolienne et convertisseur…. .................................................. 35
Figure 25 : Schéma de la plateforme intelligente…. .................................................... 35
Figure 26 : Batterie chargée 12,64V..……. .................................................................. 36
Figure 27 : Schéma de l’ensemble….. .......................................................................... 36
Figure 28 : Batterie sous tension 10,81V….. ............................................................... 37
Figure 29 : Notification à l’afficheur LCD….. ............................................................. 37
v
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Classification des systèmes hybrides selon leur gamme de puissance… .. 8
Tableau 2 : Tableau comparatif entre Arduino Uno et Méga 2560… .......................... 19
Tableau 3 : Caractéristiques techniques de l’aérogénérateur….. ................................. 29
Tableau 4 : Bilan énergétique…. .................................................................................. 33
1
INTRODUCTION GENERALE
La production d’énergie électrique de faible puissance en site isolé représente un enjeu
très important.
Le développement et l’exploitation des ressources énergétiques renouvelables et des
systèmes de production décentralisés d’électricité d’origine renouvelable ont connu une forte
croissance ces dernières années. D’ici une vingtaine d’années, tout système énergétique
durable est basé sur l’utilisation rationnelle des sources traditionnelles et sur un recours accru
aux énergies renouvelables. Il est intéressant de les exploiter sur le lieu de consommation, en
les transformant directement soit en chaleur, soit en électricité selon les besoins. Cette
production à partir des sources d’énergies renouvelables offre une plus grande sûreté
d’approvisionnement des consommateurs tout en respectant l’environnement. Cependant le
caractère aléatoire de ces sources nous impose d’établir des règles de dimensionnement et
d’utilisation de ces systèmes pour leur meilleure exploitation.
A Madagascar, d’après la société Jiro sy Rano Malagasy (JIRAMA), l’alimentation en
énergie électrique des sites ruraux avec le système conventionnel n’est pas à envisager à cause
de son coût élevé (prix élevé des câbles, inflation du prix de pétrole, etc.). Ainsi, l’utilisation
des sources d’énergie renouvelables devient une solution alternative face aux besoins de la
population : éclairage public, utilisation domestique (réfrigérateur, télévision, éclairage, etc).
Elle permet aussi de réduire l’indépendance énergétique face au développement durable et à la
conservation de l’environnement.
Les systèmes électriques autonomes hybrides, couplant plusieurs sources d’énergie
renouvelables avec le système de stockage batterie sont intéressants et nécessaires pour
alimenter des petites communautés des zones isolées du réseau électrique conventionnel.
Cependant, des problèmes subsistent au niveau de l’intégration d’un système de gestion
adapté lors de leur mise en œuvre.
Les travaux de ce mémoire sont orientés sur l’étude d’une plateforme intelligente
pilotant un système de sources hybrides électriques constitué par une source d’énergie
éolienne et le réseau électrique de la JIRAMA.
Les travaux sont regroupés en trois (3) chapitres dont le premier chapitre est consacré
à l’étude bibliographique. Le deuxième chapitre aborde la description de la plateforme
intelligente pour une installation des sources d’énergie électrique. Dans le chapitre 3, nous
présentons le fonctionnement de notre système hybride électrique qui réunit deux sources
d’énergie renouvelables avec une plateforme intelligente.
2
CHAPITRE I
CADRE ET CONTEXTE DE L’ETUDE
Le système hybride électrique est une technologie récente qui exploite souvent les
sources renouvelables. L’exploitation de l’énergie renouvelable connaît un grand essor dans le
monde entier. Cependant, l’étude des systèmes hybrides exige, au préalable, un
dimensionnement laborieux basé sur une connaissance approfondie, à la fois, des gisements
en sources d’énergie renouvelables du site d’implantation et aussi de l’énergie non
renouvelable à associer. Dans ce mémoire, nous avons étudié un système hybride combinant
une source d’énergie éolienne et le réseau électrique de la JIRAMA. Ce mémoire a été
effectué au sein de la Mention Physique et Applications en collaboration avec le Département
Énergétique au sein du Centre National de Recherches Industrielles et Technologiques
(C.N.R.I.T.) d’Antananarivo.
I.1- LE CENTRE NATIONAL DE RECHERCHES INDUSTRIELLES ET
TECHNOLOGIQUES
I.1.1 Description
Le Centre National de Recherches Industrielles et Technologiques (C.N.R.I.T.) est un
établissement public à caractère scientifique, technique et économique. Il a été créé suivant le
décret no 87 - 288 du 28 juillet 1987. Son siège se trouve à l’adresse suivante : 38 rue
Rasamimanana, FiadananaTsimbazaza Antananarivo 101.
Il vise à :
Contribuer à l’innovation ;
Participer à l’élaboration et à la conduite de la politique nationale de la recherche pour
le développement industriel et technologique ;
Contribuer à la valorisation et au transfert des résultats de recherche ;
Contribuer à la formation scientifique et technologique ;
Contribuer à la diffusion des informations scientifiques et technologiques en
coopération avec le Centre d’Information et de Documentation Scientifique et
Technique (C.I.D.S.T.).
3
I.1.2 Missions du Centre National de Recherche Industrielle et Technologique
En général, le C.N.R.I.T. a deux missions :
Mettre en œuvre la politique nationale de recherches technologique et industrielle. Ce
sont :
La recherche et l'innovation ;
La valorisation des matières premières et des ressources locales ;
Le développement des technologies endogènes ;
L’absorption et l’adaptation des technologies étrangères.
Valoriser et appliquer les résultats de recherche pour le développement durable. Sur
les plans économique, social et environnemental, ces missions consistent à :
Encadrer, assister et appuyer les opérateurs de développement ;
Renforcer les capacités régionales par la maitrise des technologies propres ;
Gérer et protéger l'environnement (industriel, physique et social....).
I.1.3 Présentation et organisation du Centre National de Recherches Industrielles
et Technologiques
Le Centre National de Recherches Industrielles et Technologiques comporte :
Un Conseil d’Administration : il est chargé de présenter les programmes de
recherches technologiques et les conventions en matière de recherche scientifique et
technique auprès de l’instance hiérarchique supérieure. Il valide les comptes financiers
et décide la mise en œuvre des projets.
Une Direction dont la fonction consiste à appliquer les décisions et programmes
validés par le conseil d’Administration en coordonnant les différents départements
techniques. Une structure d’Appui est rattachée à la Direction.
Un Conseil scientifique d’orientation. Le Conseil scientifique d’orientation assiste le
conseil d’Administration dans les instructions techniques des délibérations.
Des structures qui sont :
Département Chimie : ce Département assume les trois fonctions suivantes :
- Connaissance et valorisation de matières premières locales ;
- Production d’intrants pour industrie ou artisanat ;
4
- Valorisation des résidus agricoles ou industriels.
Département Énergétique. C’est à ce Département que reviennent les missions
suivantes :
- Maîtrise des Énergies Nouvelles et Renouvelables et surtout les usages de
l’énergie.
- Formation et encadrement en ENR (énergie nouvelle et renouvelable) ;
- Assistance et maintenance en matière d’ENR.
Département Métallurgie et Géologie : le Département métallurgie et géologie
assure les fonctions de :
- Recherche technologique des métaux ferreux et non ferreux ;
- Recherche sur la technologie des matériaux réfractaires ;
- Amélioration des techniques de prospection minière ;
- Traitement des pierres industrielles et pierres fines ;
- Recherche sur les pâtes à grès.
Département Matériaux et Génie civil : ce Département s’occupe :
- Du transfert de technologie (formation, assistance, technique,…….) ;
- Des études, recherches, conceptions, évaluation des technologies de matériaux
de la construction ;
- Des études, recherches, conception, évaluation de bâtiment économique et
écologique.
Département informatique et Électronique Appliquée. Département informatique
qui assure principalement :
- La conception des systèmes des informatiques ;
- L’élaboration des logiciels de gestion scientifique et technique ;
- Les conceptions et réalisation des outils et des méthodes de développement en
informatique ;
- La maintenance et réalisation d’appareils divers comme l’onduleur, interface,
capteur, etc.
Département Administration et financier : il assure la gestion administrative et
financière du centre, il gère aussi la logistique, la documentation et des gestions
juridiques.
Contrôle de Gestion. Essentiellement la fonction de cette unité consiste à assister
la direction en matière de contrôle et de gestion.
5
Division documentation. Ce département met à la disposition du CNRIT le
mécanisme d’information capable de gérer les résultats d’études et des
recherches : système d’information documentaire.
Groupe Marketing et étude : ce groupe marketing et étude a pour tâche :
- Valoriser les résultats de recherche ;
- Vendre des brevets ;
- Créer des petites et moyennes entreprises et petites et moyennes industries
(PME /PMI) ;
- Rechercher des partenaires ;
- Analyser les besoins ;
- Faire des études de marché ;
- Orienter la recherche.
Structure d’Appui. Les taches de la structure d’Appui sont étalées sur deux
niveaux :
- Au niveau des opérateurs, elle offre un appui et une assistance (conseil, étude,
analyse,), fait des encadrements (information, formation, évaluation) et assure
le transfert de nouvelles technologies.
- Au niveau des chercheurs, elle propose des services, des encadrements des
étudiants pour mémoire de fin de cycle.
Nous avons effectué notre stage au Département Énergétique. La figure 1 représente
l’organigramme du CNRIT.
ORGANIGRAMME DU CNRIT
CONSEIL
SCIENTIFIQUE
D’ORIENTATION
CONSEIL
D’ADMINISTRATION
DIRECTION
DEPARTEMENT
ADMINISTRATIF
ET FINANCIER
DEPARTEMENT
CHIMIE
DEPARTEMENT
ENERGETIQUE
DEPARTEMENT
INFORMATIQUE ET ELECTRONIQUE
APPLIQUEE
DEPARTEMENT
MATERIAUX
ET GENIE CIVIL
DEPARTEMENT
METALLURGIE
ET GEOLOGIE
TSILAVIJARA RANDRIANANDRASANA
RichardRAKOTONIRAINY
Huchard
ROBISONARISON Guy Joel
RAOELISON Tianasoa
Prof. Roger Marie RAFANOMEZANTSOA
RAHARIVONY Léa
DOCUMENTATION
Figure 1 : Organigramme du CNRIT.
6
I.2- GENERALITES SUR LES SYSTÈMES HYBRIDES
Dans la suite, nous allons aborder l’état de l’art concernant les systèmes hybrides et
leurs composants constitutifs.
Un système hybride électrique est défini comme étant une installation électrique qui
utilise deux ou plusieurs technologies de génération de l’énergie : une ou plusieurs sources
d’énergie classique (groupe électrogène en général) et au moins une source d’énergie
renouvelable. L'objectif en utilisant ces technologies multiples est de réunir les avantages et
les meilleures caractéristiques opérationnelles de chaque système. Les performances d’un
système hybride électrique sont influencées, d’une part, par sa conception, c’est-à-dire par les
dimensionnement et types des composants et, d’autre part, par son architecture ou par le choix
de la stratégie de son fonctionnement. Des paramètres permettent d’évaluer ces performances
et, entre autres, nous avons : l’économie du carburant, le coût du kW, le nombre et la durée
des pannes, le nombre d’arrêts pour l’entretien, etc.
A titre d’illustration, parmi les travaux menés dans ces domaines, il existe des travaux
de recherche qui ont suggéré que la configuration optimale pour les systèmes hybrides devrait
être déterminée en minimisant le coût du kilowatt heure, [1]. Tandis que certains travaux ont
développé un modèle de système fiable basé sur un modèle d’optimisation hybride pour la
production d’électricité renouvelable. En conséquence, pour trouver un système hybride
optimal parmi différentes combinaisons des sources d'énergie renouvelables, nous optons une
procédure qui consiste à minimiser le coût de consommation en carburant.
Le classement des systèmes hybrides électriques selon leur gamme de puissance à
produire est montré par le tableau 1.
Tableau 1 : Classification des systèmes hybrides selon leur gamme de puissance, [2].
Puissance du système hybride (kW) Applications
Faible :<10 Systèmes autonomes : station de télécommunication, pompage de l’eau,
autres applications isolées
Moyenne : 10-250 Micro réseaux isolés : alimentation d’un village isolé, des zones rurales,
etc.
Grande : >250 Grands réseaux isolés (ex : réseaux insulaires)
7
I-3. COMPOSANTS DU SYSTÈME HYBRIDE ÉLECTRIQUE
I-3-1. Énergie éolienne ou éolienne
a. Définition
La source d’énergie éolienne provient du déplacement des masses d’air dû aux
phénomènes naturels. Un aérogénérateur est une machine qui utilise l’énergie éolienne pour
produire de l’électricité.
b. Technologie
La technologie des aérogénérateurs a énormément évolué ces vingt dernières (20)
années entraînant ainsi une spécialisation des différents types d’installation éolienne ou
éolien. Le petit éolien désigne les éoliens de petite ou moyenne puissance entre 100W à 20kW
et est monté sur des mâts de 10 à 35 mètres et pouvant être raccordé au réseau ou bien
autonome en site isolé. Le petit éolien est utilisé pour produire de l'électricité et pour
alimenter des appareils électriques (pompes, éclairage, etc.), principalement en milieu rural,
ceci de manière économique durable. Par exemple, un petit éolien accompagné d'un module
solaire photovoltaïque et d'un parc de batteries peut garantir l'autonomie énergétique d'un
voilier (éclairage, instruments de bord). L'élément essentiel d’un éolien est le vent qui doit
être à la fois puissant et fréquent pour avoir une rentabilité économique. Les petits éoliens
classiques sont généralement à axe horizontal.
c. Caractéristiques
Un aérogénérateur comporte, le plus souvent, deux à trois pales, [3]. Les petits éoliens
peuvent avoir un système mécanique de modification de l’angle de calage des pales ou
d’orientation face au vent, alors que les grands éoliens utilisent des systèmes de commande
électroniques.
Les machines électriques utilisées dans l’industrie éolienne peuvent être synchrones ou
asynchrones.
8
La figure 2 présente une série de courbes de puissance qui caractérisent un
aérogénérateur en fonction de la vitesse du vent.
Figure 2 : Caractéristiques d’un aérogénérateur.
d. Configuration d’un aérogénérateur
La configuration électrique d’un aérogénérateur a une grande influence sur son
fonctionnement. Cette configuration est basée sur la caractéristique de la vitesse. Par
exemple, le fait qu’un éolien fonctionne à vitesse fixe ou à vitesse variable dépend de cette
configuration.
e. Génératrices synchrones
Dans le cas des entraînements directs (sans multiplicateur mécanique), on utilise des
machines synchrones (G.S) dont le schéma synoptique est montré sur la figure 3. Leur
performance, notamment en terme de couple massique, est très intéressante lorsque ces
machines ont un très grand nombre de pôles. Leur fréquence étant alors incompatible avec
celle du réseau, le convertisseur de fréquence impose sa valeur. Ainsi, les machines à
entraînement direct sont toutes à vitesse variable.
9
Figure 3: Système éolien basé sur le générateur synchrone à aimants permanents.
La performance des machines synchrones multipolaires, notamment en terme de
couple massique, est importante. Ce type de générateur à inducteur bobiné nécessite un
système de bagues et balais pour transmettre le courant continu. Le courant d’excitation
constitue un paramètre de réglage qui peut être utile pour l’optimisation énergétique, en plus
du courant d’induit réglé par l’onduleur.
I-3-2. Groupe électrogène
Dans le cas des installations à sources d’énergie renouvelables autonomes, il est
nécessaire de recourir au stockage ou d’ajouter un ou plusieurs groupes électrogènes. Dans un
système hybride électrique, le générateur classique est généralement le moteur directement
couplé au générateur synchrone représenté par le modèle comme l’indique la figure 4. La
fréquence du courant alternatif à la sortie est maintenue par un régulateur de vitesse ou
gouverneur de vitesse incorporé dans le moteur. Ce régulateur fonctionne en ajustant le flux
du carburant pour garder les vitesses des moteurs et générateur constantes. Comme la
fréquence du réseau est directement liée à la vitesse de rotation du générateur et elle est ainsi
maintenue au niveau désiré.
10
Figure 4 : Configuration du générateur.
Les réseaux de courant alternatif avec carburant, comme ceux interconnectés
fournissent pour leurs charges, deux formes d'énergie : active et réactive. Quand plusieurs
groupes électrogènes fournissent de l’énergie au réseau, ceux-ci sont connectés généralement
à un bus à CA. Dans ce cas, un système de commande doit être utilisé pour une distribution
correcte de la puissance fournie par les groupes électrogènes.
I-3-3.Système de stockage
C’est un facteur clef dans un système hybride de source d’énergie en site isolé. Les
systèmes de stockage sont habituellement des batteries de type plomb-acide qui sont
largement disponibles dans le commerce. Les batteries nickel-cadmium sont rarement
utilisées. Ces systèmes de stockage sont utilisés souvent dans le système hybride combinant
l’éolienne, le photovoltaïque et le groupe électrogène.
11
I-4. STRUCTURE DU SYSTÈME HYBRIDE ÉLECTRIQUE
Les systèmes hybrides sont caractérisés par leur principe de fonctionnement, les
différentes sources utilisées et la présence ou non des éléments de stockage. Généralement, les
systèmes hybrides les plus fréquemment utilisés font appel à une source d’énergie
renouvelable pouvant être éolienne ou solaire ou hydraulique et sont associés à un groupe
électrogène. Ils sont souvent de type autonome car ils sont destinés à des sites isolés. Le
système hybride électrique peut être structuré selon la figure 6. Dans cette structure, on peut
ajouter ou enlever les sources et les charges selon la topologie du système. Par ailleurs, un
réseau électrique ou une pile à combustible peuvent constituer la source auxiliaire, [4].
Figure 5 : Structure d’un système hybride.
Parmi les systèmes hybrides les plus répandus et utilisés dans le monde, il existe
plusieurs types que nous allons voir dans la suite.
I-4-1. Systèmes hybrides combinant les sources d’énergie renouvelables
Cette option groupe généralement les éolien et hydraulique avec ou sans éolien. Parmi
ces options citées, nous pouvons dire que la première est plus intéressante par rapport à la
seconde et ceci, au vu des travaux et études faits.
12
I-4-2. Systèmes hybrides combinant des sources d’énergie renouvelables avec des
sources d’énergie classiques
Les systèmes de génération électrique utilisant le groupe électrogène comme appoint
se rencontrent souvent dans les systèmes hybrides électriques. Ainsi, les générateurs
classiques sont utilisés comme générateurs de secours dans le système. Ils sont plus rentables
dans des sites isolés mais plus complexes à modéliser. Leur concept est dû à la propriété
d’intermittence des énergies renouvelables. Ils doivent utiliser ainsi des générateurs d’appoint.
I-4-3. Systèmes hybrides combinant des sources d’énergie renouvelables avec des
systèmes de stockage
Associé à un système de stockage, ce type de système fait disparaitre les problèmes
liés aux variations climatiques. Des études faites par plusieurs auteurs indiquent que ce
système nécessite la maitrise de gestion des sources d’énergie renouvelables.
I-5. CONFIGURATION D’UN SYSTEME HYBRIDE
La configuration d’un système hybride électrique varie selon son principe de
fonctionnement. Sa configuration est basée sur des bus (bus CC ou CA ou CC/CA) comme le
montrent les figures 6, 7 et 8.
I-5-1.Configuration à bus CC
La figure 7 montre une configuration d’un système hybride à bus CC combinant les
générateurs éolien et photovoltaïque et le groupe électrogène. Les deux générateurs
(éolien/photovoltaïque) consistent à charger la batterie de stockage. Cependant, le système
éolien comporte un circuit redresseur à sa sortie et l’énergie ainsi produite est stockée. Un
convertisseur CC/CA ou onduleur assure l’assemblage final à un groupe électrogène.
13
Figure 6 : Configuration à bus CC.
Il y a deux principes de fonctionnement pour la configuration CC, selon le cas, lors de
la charge des batteries :
Les sources d’énergie renouvelables sont utilisées séparément ;
Elles sont utilisées simultanément pour charger les batteries.
L’énergie ainsi stockée est utilisée directement par la charge et dans le cas où la charge
de batterie est épuisée, le groupe électrogène intervient.
I-5-2. Configuration à bus CA
La figure 8 montre une configuration d’un système hybride à bus CA combinant le
générateur éolien et un générateur photovoltaïque. Les deux générateurs alimentent la charge
après la conversion en CA de l’énergie produite par le générateur photovoltaïque.
Générateur éolien
Accumulateur
CC
CA
Charge
JIRAMA
Bus CC
14
Figure 7 : Configuration à bus CA.
I-5-3. Configuration à bus CC/CA
Pour cette configuration, la batterie peut être chargée, soit par le générateur
photovoltaïque, soit par le groupe électrogène. Ainsi, le groupe peut être utilisé directement.
La figure 8 représente l’architecture de cette configuration.
Figure 8 : Configuration à bus CC/CA.
Charges
Générateur éolien
Bus CA
Batterie
CC
CA
CC
CA
Groupe
électrogène
Charges
Bus CC Bus CA
15
CHAPITRE II :
PLATEFORME INTELLIGENT POUR UNE INSTALLATION HYBRIDE
ELECTRIQUE
Pour gérer un système hybride, il faut éviter de nombreux problèmes qui ont été
identifiés comme les problèmes posés par les aérogénérateurs importés et inadaptés par
rapport au profil du vent, les pannes des convertisseurs statiques liées aux conditions
d’exploitation inadaptées, le contrôle de commande des systèmes électriques inadapté aux
besoins des usagers, etc. Ainsi, des stratégies de contrôle commande adaptées aux besoins
doivent être mises en œuvre. Dans notre mémoire, nous utilisons une plateforme intelligente.
II-1 MICROCONTRÔLEUR ARDUINO
II-1-1. Introduction
Les microcontrôleurs sont des unités de traitement d’information de type
microprocesseur qui sont implantées dans la plupart des applications publiques ou
professionnelles selon leur besoin.
Le microcontrôleur Arduino est une plateforme open-source d'électronique
programmée basée sur une simple carte à microcontrôleur (de la famille AVR) et sur un
logiciel constituant un véritable environnement de développement intégré (IDE) pour écrire,
compiler et transférer le programme vers la carte à microcontrôleur, [5] .
Arduino peut être utilisé pour construire des objets interactifs indépendants
(prototypage rapide) ou bien peut être connecté à un ordinateur pour communiquer avec ses
logiciels.
II-1-2. Partie matérielle
En effet, une carte Arduino est généralement construite autour d'un microcontrôleur
Atmel AVR (ATmega328 ou ATmega2560 pour les versions récentes et ATmega168 ou
ATmega8 pour celles plus anciennes) et des composants complémentaires qui facilitent la
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programmation et l'interfaçage avec d'autres circuits. Chaque carte possède au moins un
régulateur linéaire 5V et un oscillateur à quartz 16MHz (ou un résonateur céramique dans
certains modèles). Le microcontrôleur est préprogrammé un « boot loader » de façon à ce
qu'un programmateur dédié ne soit pas nécessaire.
Treize versions de carte de type Arduino ont été développées jusqu’à nos jours. A titre
indicatif, nous citons Arduino Uno et Arduino Méga 2560 qui sont très utilisés dans les
domaines de formation et de recherche. Le tableau 2 résume les principales caractéristiques de
ces deux cartes.
Tableau 2 : Tableau comparatif entre Arduino Uno et Arduino Méga 2560.
Source : www.Arduino.cc
II-1-3. Partie logicielle
L'environnement de programmation Arduino est en fait un EDI dédié au langage
Arduino. Le logiciel Arduino permet d'écrire les programmes ou « Sketchs », de les compiler
et de les transférer dans la carte Arduino à travers une liaison USB. Il intègre aussi un
moniteur de port série. L’avantage du langage Arduino est basé sur les langages C/C++ qui
supportent toutes les syntaxes standards du langage C et quelques-unes des outils C++. De
très nombreuses librairies sont disponibles gratuitement pour communique avec le matériel
connecté à la carte (afficheurs LCD, afficheurs 7 segments, capteurs, servomoteurs… etc.).
Pour écrire un programme avec le langage Arduino, il faut respecter ses règles. En effet,
l’exécution d'un programme Arduino s'effectue de manière séquentielle et les instructions sont
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ainsi exécutées les unes à la suite des autres, le compilateur vérifie l’existence de deux
structures obligatoires à savoir, (voir figure 7) :
Les parties initialisation et configuration des entrées/sorties ;
La partie incluant la fonction setup () ou la partie principale qui s'exécute en boucle et
la fonction loop ().
Par contre, la partie déclaration des variables est optionnelle. La figure 10 montre
l’interface graphique de l’EDI ainsi que la structure d’un programme réalisé avec le langage
Arduino.
Source : w.w.w.Arduino.cc
Figure 9 : Structure du programme sur l’IDE Arduino.
1I-1-4. Constitution d’une carte Arduino
a. Le microcontrôleur
Le cerveau d’Arduino va recevoir le programme créé pour le stocker dans sa mémoire
et l’exécuter dans la suite. Grâce à ce programme, il va savoir faire des choses comme : faire
clignoter une LED, afficher des caractères sur un écran, envoyer des données à un ordinateur,
etc.
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b. Alimentation
Pour fonctionner, la carte a besoin d’une alimentation. Le microcontrôleur
fonctionnant sous 5V, la carte peut être alimentée en 5V par le port USB ou bien par une
alimentation externe qui est comprise entre 7V et 12V. Cette tension doit être continue et
peut, par exemple, être fournie par une pile 9V. Un régulateur se charge ensuite de sa
réduction à 5V pour le bon fonctionnement de la carte.
c. Visualisation
Sur la plaquette, il y a des LEDs qui sont connectées à une broche du microcontrôleur
et vont servir pour tester le matériel. Quand on branche la carte au PC, elles clignotent
quelques secondes. Des deux LEDs servent à visualiser l’activité sur la voie série (une pour
l’émission et l’autre pour la réception). Le téléchargement du programme dans le
microcontrôleur se faisant par cette voie, on peut les voir clignoter lors du chargement.
d. Connectique
Arduino ne possède pas de composants qui peuvent être utilisés pour un programme,
mis à part la LED connectée à la broche 13 du microcontrôleur et il est nécessaire de les
rajouter.
e. Emplacement du programme
Le microcontrôleur reçoit le programme sous forme de signal électrique sur ses
broches Tx et Rx disponibles sur les broches de la carte (voir figure 10). Une fois qu’il est
reçu, il est intégralement stocké dans une mémoire de type Flash que l’on appelle “la mémoire
du programme”. Ensuite, lorsque la carte démarre, “normalement” (qu’aucun programme
n’est en train d’être chargé) le cerveau va alors gérer les données et les répartir dans les
différentes mémoires : La mémoire programme est celle qui va servir à savoir où est le
programme, à quelle instruction on est rendu.
La mémoire de données, aussi appelé “RAM” (comme dans l’ordinateur), va stocker
les variables telles que le numéro de la broche sur laquelle est connectée une LED, ou bien
une simple valeur comme un chiffre, un nombre, des caractères,
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II-1-5. La carte Arduino Méga 2560
Une carte à microcontrôleur basée sur un ATmega2560 dispose des :
54 broches d'entrées/sorties dont 14 peuvent être utilisées en sortie largeur d'impulsion
modulée (PWM) ;
16 entrées analogiques qui peuvent également être utilisées en broches entrées/sorties
numériques ;
4 ports séries matérielles (UART) ;
1 quartz 16MHz ;
1 connexion USB ;
1 connecteur d'alimentation jack ;
1 connecteur ICSP (programmation "in-circuit") ;
1 bouton de réinitialisation (reset).
Cette carte contient tout ce qui est nécessaire pour le fonctionnement d’un
microcontrôleur. Elle est aussi compatible avec les circuits imprimés prévus pour les cartes
Arduino Uno, Duemilanove ou Diecimila.
La figure 10 montre la structure de la carte à microcontrôleur Arduino 2560.
Source : www.Arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega
Figure 10 : Structure de la carte à microcontrôleur Arduino2560.
II-1-6. RELAIS
Il s’agit d’un appareil composé d’une bobine ou électroaimant qui agit comme un ou
plusieurs contacts lors du passage d’un courant électrique. Un phénomène électrique (courant
ou tension) contrôle la commutation On/Off de cet élément électrique (relais statique). La
figure 11 indique le schéma interne d’un relais statique.
20
Figure 11 : Schéma interne de relais.
La commande peut être réalisée sous faible puissance (faible tension, faible courant) et
la partie coupure commute des puissances importantes.
Dans le cas des relais électromécaniques, la bobine peut générer de fortes surtensions
au moment où le courant cesse de la traverser. Cette surtension, qui peut atteindre plusieurs
dizaines de volts ou plus de 100V, à partir d’une alimentation de 12V, peut détruire le
transistor ou la porte logique de la commande. Ainsi, pour éviter tout risque de destruction de
la commande électronique qui précède le relais, il est d'usage de placer une diode dite "de
roue libre", en parallèle sur la bobine du relais. Cette diode doit être câblée en inverse.
Cependant les relais électromécaniques présentent les avantages suivants :
Fonctionnement avec une dynamique considérable du signal commuté ;
Aucun ajout de bruit ou de distorsion ;
Résistance de contact fermé très faible ;
Résistance de contact ouvert très élevée.
Nous présentons ainsi une description générale des systèmes hybrides. Tous les
composants sont introduits afin de permettre une bonne compréhension du fonctionnement
des systèmes.
Le microcontrôleur est un composant électronique programmable qui rassemble les
éléments essentiels des outils électroniques (ordinateurs, radio, lecteur, etc.)
21
II-2-DISPOSITION DU MATERIEL
La figure 12 représente la plateforme intelligente pour un système hybride électrique
constitué par des sources d’énergie renouvelables (éolienne, photovoltaïque) et d’une source
classique non renouvelable (groupe électrogène ou réseau électrique).
Source : [4]
Figure 12 : Plateforme intelligente pour une installation hybride
II-3. DESCRIPTION DES ELEMENTS DE LA PLATEFORME
II-3-1. Module ampèremètre
Le module ampèremètre montré sur la figure 13 est basé sur le circuit intégré ICS712-
20A et a un fonctionnement linéaire. Le module ampèremètre permet de mesurer le courant
utilisé par la charge.
22
Figure 13 : Module ampèremètre.
II-3-2. Module voltmètre
Le circuit d’indicateur de niveau des batteries mesure les tensions aux bornes des
batteries des panneaux solaires et de l’éolien. La figure 14 montre la photographie de ce
module de tension pour un microcontrôleur Arduino.
Figure 14 : Module voltmètre.
II-3-3. Ecran LCD 2*16
L’écran LCD 2 lignes et 16 caractères est utilisé pour afficher des notifications sur le
fonctionnement du système .Nous pouvons voir, par exemple, sur l’écran laquelle des sources
d’énergie gérées par le système fonctionne.
II-3-4. Eolienne
Le générateur éolien est un éolien domestique 500W .Cet éolien comporte seulement
une nacelle à alternateur construit (voir figure 15). Un alternateur triphasé a été réalisé
comme générateur. La machine possède 17 pôles pour lui permettre de produire de
23
l’électricité à la moindre vitesse de rotation. Ainsi, l’éolien est conçu pour
l'autoconsommation ou pour l’utilisation directe de l'énergie produite d’un site isolé. La figure
15 montre le schéma de cet éolien installé
Source : photo-mireille
Figure 15 : Photographie de l’installation éolienne.
Cette éolienne est utilisée pour charger une batterie 12V- 100Ah. Alors un redresseur
et un régulateur de charge doivent être utilisés pour protéger la batterie. La figure 16 montre
le système de régulation pour ce système.
24
Source : photo mireille
Figure 16: Système de régulation.
a. Spécification de l’éolienne 500 W
Ce type d’éolien produit une énergie électrique même par vent faible ou tourbillonnant
(à partir de 3m/s). Les pales du rotor sont en bois Arongana. Disposant d’un alternateur
puissant à aimants permanents, la production ne baisse pas dans le temps. Il peut être fixé sur
un mât de 6m au sol.
Il est également possible de le coupler avec des panneaux solaires pour une production
optimale toute l'année.
b. Caractéristiques techniques
Les figures 17 et 18 montrent la variation de la tension et le courant électrique de
notre éolien à nacelle et à alternateur a aimant permanent construit (éolienne 2).
25
Source : [ 3]
Figure 17 : variation de la tension en fonction de la vitesse de vent.
Source : [3]
Figure 18 : Variation de courant en fonction de la vitesse de vent.
Selon le constructeur de l’éolien à Bevalala sa courbe de puissance est illustrée sur la
figure 19. Effectivement, un éolien est caractérisé par sa courbe de puissance instantanée qui
donne la variation de la puissance disponible en fonction de la vitesse du vent.
26
Source :[3]
Figure 19 : Variation de puissance instantanée en fonction de la vitesse de vent.
Le tableau 3 montre les caractéristiques techniques détaillées de notre aérogénérateur.
Tableau 3 : Caractéristiques techniques de l’aérogénérateur.
27
II-3-5. Batterie
Nous avons utilisé une batterie GEL de marque Hi-Te énergy 12 V (figure 20) dont la
durée de vie à 20°C est de 8 ans, à 25°C, de 6 ans et à 30°C, 4 ans. Ce modèle est le plus
utilisé en installation solaire en raison de son étanchéité et de son nombre important de cycles
de charge/décharge (200 à 900 cycles).
Source : photo Mireille
Figure 20: Batterie Hi-Te Energy.
II-3-6. Convertisseur –Onduleur
Dans ce mémoire, nous avons besoin d’un convertisseur de tension (12DC/220AC). Il
est couplé avec la batterie du générateur éolien. Le convertisseur a une puissance de 1000W.
La figure 21 présente un convertisseur de 1000W distribué par ANDELI. Ce convertisseur de
tension est prédisposé pour l'alimentation en 220V des appareils d'éclairage et d’autres
appareils demandant un courant alternatif
28
Source : Photo Mireille
Figure 21 : Convertisseur DC/AC 3kW.
II-3-7. Réseau électrique
Nous avons couplé avec l’éolienne domestique à nacelle et alternateur aimant
permanent une autre source d’énergie électrique non renouvelable qui est le réseau électrique
de la JIRAMA disposant d’une tension 220V-AC.
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CHAPITRE III :
MISE EN PLACE DE LA PLATEFORME ET VALIDATION
III-1. SITE D’IMPLANTATION
Le site d’implantation se trouve dans le district d’Antananarivo Atsimondrano
(18,8˚N, 47,5˚E). Ce site a un potentiel solaire moyen et un potentiel éolien moyen toute
l’année. La vitesse de vent mensuel, en m/s, du site est montrée sur la figure 22
Source : Retscreen Plus
Figure 22 : Données climatiques du district Antananarivo.
III-2. CARACTERISTIQUES DE LA MAISON TYPE CHOISIE.
Dans notre étude, nous avons choisi une habitation équipée d’un ensemble d’appareils
permettant de fournir le confort aux occupants. L’habitation est occupée en permanence
durant toute l’année et que les équipements domestiques fonctionnent sous une tension
standard 220V-50Hz et les autres sous une tension continue de 12V.
Nous présentons dans le tableau 4, l’estimation des besoins énergétiques journaliers de
l’habitation que nous avons exprimés en Wh/j.
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Tableau 4 : Bilan énergétique.
Appareil Nombre Puissance
unitaire(W)
Durée
d’utilisation
quotidienne(h)
Puissance
(W)
Énergie
(Wh/j)
Lampes
économiques
4 18 6 72 432
Radio Fm 1
8 15 8 120
Ordinateur
Portable
1 100 6 50 600
Total 1152
La description de la demande d’électricité du site tient compte de l’éclairage et du
fonctionnement des appareils électriques. L’énergie consommée journalièrement (1152W/j)
n’est pas constante tout au long de la journée.
III-3. CONFIGURATION DU SYSTEME
La figure 23 montre la configuration de notre système hybride. Ce système utilise des
éléments de stockage comme les batteries. Le système hybride utilise la configuration avec le
bus CC.
31
Figure 23 : Configuration du système.
III-4. RESULTATS
Maintenant, nous allons voir le fonctionnement du système composé d’Arduino, du
circuit d’indicateur et du module ampèremètre. Rappelons que le circuit d’indicateur de
niveau est utilisé pour détecter le seuil de la batterie et que le module ampèremètre sert à
mesurer le courant utilisé par la charge. Les figures 24 et 25 présentent respectivement la
batterie avec le convertisseur et la plateforme intelligente
Charge
Reseau electrique
de la JIRAMA
Bus CC
CA
CC
CC
CA
ARDUINO
MICROCONTROLEUR
Bus CC
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Figure 24 : Batterie de l’eolienne et convertisseur.
Figure 25 : Photographie de la plateforme intelligente.
Pour la figure 26, la tension aux bornes de batterie est de 12,64 V.
33
Figure 26 : Batterie chargee de 12,64V.
Le source d’energie renouvelable est disponible (éolienne). L’écran LCD affiche
ENR : ON c’est-a-dire que l’energie renouvelable alimente les charges qui sont constituées
par une lampe de 100W-220V AC et par une lampe de 12V continue. L’énsemle de ce
système est montré sur la figure 27.
Figure 27 : Photographie de l’ensemble.
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Maintenant la tension aux bornes de batterie est de 10,81V (selon la figure 28).
L’écran LCD affiche ENR : OFF et GE : ON (figure 29), c'est-à-dire que le reseau electrique
de la JIRAMA est ainsi choisi pour alimenter la charge.
Figure 28 : Batterie sous tension 10,81V.
Figure 29 : Notification a l’afficheur LCD.
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III-5. DISCUSSIONS
Comme nous avons vu à travers les résultats précédents que le microcontrôleur choisit
les sources d’énergie en fonction de la puissance de charge et de l’état des batteries. Notre
système permet alors de gerer un système hybride des sources d’energie electrique .
Cette plateforme peut coupler l’envoi sur réseau électrique. A cet effet, l’ordre de
priorité est le suivant : sources d’énergie renouvelables suivies éventuellement du réseau
électrique. Dans tous les cas, l’utilisation de notre plateforme permet d’économiser l’énergie
électrique de la JIRAMA diminuant ainsi la facture.
Nous tenons à signaler que la pérennité du système dans une installation électrique
dépend de la durée de vie de chaque composant utilisé.
Tout le monde peut utiliser cette plateforme surtout les habitants dans un site isolé et
dans celle-ci, le groupe electrogene est utilisé.
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CONCLUSION GENERALE
L’objectif principal de notre travail est la gestion d’un système hybride électrique avec
une plateforme intelligente utilisant des dispositifs électroniques de commande et de
contrôle pour économiser l’énergie d’une source classique ou d’un réseau électrique associé à
une ou à des sources d’énergie renouvelables. En effet, l’utilisation des sources d’energie
renouvelables peut réduire la facture pour le réseau électrique de la JIRAMA. Dans ce
mémoire, en plus des études bibliographiques, des travaux d’observation ont étés mis en
œuvre.
Une description générale des systèmes hybrides et du microcontrôleur Arduino a été
faite à l’issue de laquelle, tous les composants du système hybride sont définis afin de
permettre son fonctionnement optimal.
De par sa constitution, un microcontrôleur est ainsi un composant autonome, capable
d’exécuter le programme contenu dans sa mémoire morte dès qu’il est mis sous tension. Il
permet aussi de réaliser des montages sans l’ajout des composants externes.
Il existe plusieurs sortes de microcontrôleur. Les performances de ces
microcontrôleurs sont différentes les unes des autres. Dans notre travail, nous étudions le
microcontrôleur Arduino à cause de sa capacité de mémoire, de son nombre de ports
d’entrée/sortie, de son nombre de convertisseurs analogiques /numériques et de sa fréquence
d’exécution des instructions.
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REFERENCES
BIBLIOGRAPHIQUES
[1] : Majid ZANDI, Contribution au pilotage des sources hybrides d’énergie Electrique
Thèse de doctorat Institut National polytechnique de Lorraine, 2010.
[2] : Walid HANKACHE, Gestion Optimisée de l'Énergie Électrique d'un Groupe
Electrogène Hybride à Pile à Combustible, Doctorat de l'Institut National
Polytechnique, Décembre 2008.
[3] : RAKOTONIRAINY Hajanirina, Etude comparative d’un aérogénérateur muni d’un
alternateur de véhicule avec un multiplicateur de vitesse et un aérogénérateur a
alternateur multipolaire a aimants permanent, Mémoire de Master, Université
d’Antananarivo, 2017.
[4]: MANDIMY J.Z.J. Tigana, Plateforme intelligente pour une installation des sources
d’énergie électriques, Thèse de Doctorat, Université d’Antananarivo, 2017.
[5] : BERNARD BÉGHYN HERMES-SCIENCE, Les microcontrôleurs, Edition 2003.
WEBOGRAPHIES:
[8] : http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560
38
Annexe
Annexe 1 : Coût des matériaux de l’éolienne à alternateur aimant permanent.
Source :[3]
39
Annexe 2 : Valeurs moyennes des tensions à vide de l’éolienne installée pour
certains intervalles de vitesse du vent.
Nous constatons que la tension électrique à vide augmente progressivement jusqu’à
l’intervalle de vitesse du vent de 8 à 9m/s puis diminue jusqu’à la vitesse maximale pendant
l’étude comme l’indique la figure ci-dessous.
Titre : GESTION DES SOURCES HYBRIDES ELECTRIQUES AVEC UNE
PLATEFORME INTELLIGENTE
RESUME
Nous avons étudié une plateforme intelligente qui choisit automatiquement les sources
d’énergie en fonction de la puissance de charge et en fonction de l’état de charge d’une
batterie pour le cas de notre éolienne domestique 500W. Ce mémoire apporte une solution
adéquate aux systèmes hybrides dans un site isolé. Le système hybride est composé de
l’aérogénérateur et d’une source classique, le réseau électrique de la JIRAMA. Notre
plateforme est basée sur un microcontrôleur Arduino Mega, un contrôleur électronique et une
commande de puissance tout ou rien. Le microcontrôleur, la plateforme intelligente
détermine, selon la charge et l’état de la batterie la source d’énergie utilisée : d’abord la
source éolienne puis le réseau électrique de la JIRAMA. A travers notre étude, nous pouvons,
entre autres, gérer et économiser l’électricité de la JIRAMA à travers l’utilisation des sources
d’énergie renouvelables.
Mots clés : Hybride, plateforme, énergie, éolienne, contrôleur.
ABSTRACT
We have studied a smart platform that automatically chooses the energy sources according to
the load power and depending on the state of charge of a battery for the case of our domestic
wind turbine 500W. This paper provides an adequate solution for hybrid systems in an
isolated site. The hybrid system is composed of the wind turbine and a conventional source,
the JIRAMA power network. Our platform is based on a Mega Arduino microcontroller, an
electronic controller and an on / off power control. The microcontroller, the intelligent
platform determines, depending on the load and the state of the battery, the source of energy
used: first the sources the wind source and then the electrical network of the JIRAMA.
Through our study, we can, inter alia, manage and save electricity from JIRAMA through the
use of renewable energy sources.
Key words : Hybrid, platform, energy, wind turbine, controller.
Encadreurs :
Pr RANDRIAMANANTANY ZelyArivelo
Dr. RANDRIANIRAINY Huchard Paul Berthin
Impétrant:
RAZAFIARIMANANA
Herimampionona Louisette Mireille
Tel : 034 73 886 27
E-mail : [email protected]