Rehaussement d'un outil informatique d'aide au dimensionnement de centrales photovoltaïques autonomes destinées au pompage de l’eau potable

Turcotte, Patrick (2024). Rehaussement d'un outil informatique d'aide au dimensionnement de centrales photovoltaïques autonomes destinées au pompage de l’eau potable. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les présents travaux visent à rehausser l’outil d’aide au dimensionnement de systèmes de pompage d’eau potable à énergie photovoltaïque (SPPV) pvpumpingsystem par l’ajout d’un simulateur du système de suivi du point de puissance maximale (MPPT) et l’enrichissement des profils de consommation d’eau, et à analyser l’impact de ce rehaussement sur les résultats fournis par l’outil. La simulation du MPPT est effectuée à l’aide de la modélisation détaillée d’un convertisseur buck-boost guidé par un algorithme de type perturb and observe (P&O). Les options d’utiliser un modèle de consommation d’eau à l’échelle mensuelle ou à l’échelle quotidienne, en plus de profils de consommation horaire au sein de la journée, sont ajoutées. Le tout est programmé à l’aide du langage Python, afin de faciliter l’intégration à pvpumpingsystem.

Les résultats ont permis de confirmer que l’algorithme P&O est efficace pour maximiser l’énergie obtenue des panneaux photovoltaïques sous des conditions simples (peu de panneaux solaires, irradiance homogène). Cependant, il est également ressorti que le convertisseur buck-boost n’est pas un choix optimal pour la combinaison directe avec des panneaux solaires photovoltaïques, à cause de la fraction de chaque cycle où le circuit laisse l’alimentation en circuit ouvert, ce qui représente une réduction de l’énergie disponible. De plus, la simulation détaillée, bien que précise, exige un temps d’exécution incompatible avec l’utilisation pratique de pvpumpingsystem. Les travaux ont néanmoins permis de confirmer que l’emploi d’une efficacité moyenne de 94% pour le MPPT produit des résultats réalistes et utiles sous ces conditions simples.

L’emploi de profils de consommation d’eau plus précis a des impacts importants sur la conception du SPPV, augmentant ou réduisant aisément d’environ 40% la probabilité de défaut dans l’alimentation en eau potable selon les scénarios comparés.

Titre traduit

Enhancement of a photovoltaic drinking water pumping system design software tool

Résumé traduit

The objective of this project is to enhance pvpumpingsystem, a software tool designed to assist in the design of photovoltaic drinking water pumping systems (PVPS), through the integration of a maximum power point tracking (MPPT) simulator and the addition of detailed water consumption profiles. The impact of those enhancements on the results generated by the tool are then analysed. The MPPT simulation is performed through the detailed modeling of a buck-boost converter controlled by a perturb and observe (P&O) algorithm. The option to use monthly or daily water consumption profiles, in addition to an hourly water consumption profile within each day, is added. The Python programming language is used, to ease integration with pvpumpingsystem.

The results confirm that the P&O algorithm is effective at maximising the energy obtained from the photovoltaic panels under simple conditions (few solar panels, homogeneous irradiance). However, it was also revealed that the buck-boost converter is not an optimal choice for a direct combination with photovoltaic solar panels because of the fraction of each cycle during which the circuit leaves the power source in open-circuit mode, leading to a reduction in available energy. Furthermore, the detailed simulation, while precise, requires a computing time that is incompatible with the practical use of pvpumpingsystem. Nevertheless, the work has confirmed that using a simplified MPPT model with a 94% average efficiency is an adequate approach leading to realistic and useful results under those simple conditions.

The use of more precise water consumption profiles has significant impacts on the design of an SPPV, easily raising or lowering by up to 40% the load losses probability depending on the compared scenarios.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie, énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 91-102).
Mots-clés libres:	photovoltaïque, MPPT, pompage, eau potable, buck-boost
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Rousse, Daniel R.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	30 juill. 2024 13:28
Dernière modification:	30 juill. 2024 13:28
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3480

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