Integration of photovoltaic systems in cold regions

Les technologies photovoltaiques (PV) sont des solutions prometteuses pour faire face au changement climatique et aux problemes d'approvisionnement energetique a long terme. La majorite des centrales photovoltaiques sont actuellement installees dans des zones geographiques froides avec une quantite considerable de neige chaque annee. On s'attend a une plus grande capacite PV pour le futur reseau electrique qui sera intelligent et flexible. Cette croissance prevue souleve des inquietudes quant a la disponibilite, la qualite et la fiabilite de l'ensemble du reseau electrique, principalement en raison des conditions atmospheriques changeantes. De plus, dans les regions froides, l'accumulation de neige et de glace pourrait nuire a la performance des systemes PV. Pour les systemes PV, il est tres important d'atteindre un niveau eleve d'efficacite et de fiabilite afin de reduire le cout de l'energie. Ces objectifs peuvent etre atteints par une conception et un controle appropries des systemes PV et par l'elaboration d'un modele approprie. L'objectif de ce projet de recherche est d'ameliorer les connaissances sur les applications des systemes PV, en particulier dans les regions de climat froid, et de developper des controleurs et des outils de modelisation pour les concepteurs de systemes PV et les professionnels. Ce travail de recherche a ete aborde sous trois angles : 1) l'amelioration des modeles PV existants applicables aux systemes PV exploites a l'exterieur afin d'obtenir des previsions de rendement plus precises, 2) permettre la recherche de systemes PV dans les regions froides grâce a un outil de simulation capable de caracteriser les panneaux PV recouverts de neige, et 3) accroitre l'efficacite des systemes PV dans des conditions de protection partielle par une nouvelle methode de suivi du point de puissance maximale (MPPT). En ce qui concerne la premiere perspective, une procedure amelioree de modelisation des modules PV a ete presentee sur la base du modele a diode unique. Cette amelioration permet des previsions de rendement energetique et des analyses de performance plus precises en conditions reelles sur le terrain. L'approche proposee permet de mettre a jour les parametres du modele pour des conditions environnementales donnees. De plus, les effets spectraux, qui influencent le rendement des modules PV, sont inclus dans le modele. La deuxieme perspective a mene a un nouveau modele PV qui determine les caracteristiques electriques instantanees des cellules PV en presence de couverture de neige. Le modele propose utilise la loi de Bouguer-Lambert pour estimer le niveau d'ensoleillement atteignant la surface des cellules PV recouvertes de neige. Ceci est obtenu en introduisant un coefficient d'extinction qui depend des proprietes de la neige. Dans la troisieme perspective, une nouvelle methode de suivi de point de puissance maximale tolerante a l'ombre a haute performance (STMPPT) a ete proposee pour l'etage convertisseur DC-DC des applications PV. La methode STMPPT proposee permet un suivi rapide et fiable du point de puissance maximale globale, maximisant ainsi l'efficacite des systemes PV. De plus, il fonctionne de facon stable dans des conditions de changement environnemental dynamique sans perdre le sens de l'orientation correcte. La technique STMPPT proposee est simple, precise et facilement adaptable a divers convertisseurs PV. Cette recherche peut etre consideree comme une contribution importante au developpement des systemes PV et a la poursuite des etudes sur les applications des systemes PV dans les regions froides.