Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article est consacré aux générateurs et systèmes à énergies renouvelables, notamment les générateurs solaires photovoltaïques et les générateurs éoliens. Y sont développées la démarche et la mise en application de l’outil Bond Graph. Cette méthodologie offre une représentation cohérente des interactions et couplages intervenant au sein du système et ainsi un outil de conception complet et efficace. Deux exemples, une chaîne éolienne et un véhicule solaire, permettent d’illustrer cette approche.
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Auteur(s)
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Xavier ROBOAM : Directeur de recherches au CNRS - Responsable du groupe Énergie électrique et Systémique du Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique industrielle (LEEI) de Toulouse
-
Stéphan ASTIER : Professeur à l’INPT/ENSEEIHT - Chercheur dans le groupe Énergie électrique et Systémique du LEEI
INTRODUCTION
Avec la collaboration de H. Foch, G. Fontès, G. Gandanegara, H. Piquet, R. Saisset, B. Sareni, C. Turpin
Chercheurs du groupe Énergie électrique et Systémique du LEEI
Le dossier fait suite au dossier Graphes de liens causaux pour systèmes à énergie renouvelable (partie 1) auquel il se réfère. Il traite plus particulièrement de générateurs et systèmes à énergies renouvelables avec des exemples permettant de concrétiser la démarche et la mise en application de l’outil Bond Graph en conception.
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Exemples d’application aux systèmes à énergie renouvelable1. Générateurs d’énergie renouvelable
1.1 Générateurs solaires photovoltaïques
La conversion photovoltaïque réalise une transformation directe de l’énergie d’un rayonnement électromagnétique en énergie électrique, en exploitant les propriétés de semi-conducteurs présentant une largeur de bande interdite Eg adaptée au spectre du rayonnement incident (cf. dossier Convertisseurs photovoltaïques). Cette énergie rayonnante quantifiée est transportée par des photons qui peuvent exciter les porteurs minoritaires du semi-conducteur lorsque leur énergie est supérieure à Eg. Le spectre de la lumière solaire est proche de celui d’un corps noir à 5 800 K. Conformément à la loi de Planck, il présente donc un maximum de puissance à la longueur d’onde 500 nm (1,5 eV). Les semi-conducteurs au silicium (Eg = 1,11 eV) et à l’arséniure de gallium (Eg = 1,35 eV) sont donc bien adaptés à la conversion du rayonnement solaire, mais seule une partie de la puissance de ce rayonnement peut être convertie en électricité.
La puissance d’un rayonnement de spectre donné et le nombre de photons de chaque longueur d’onde du spectre sont directement proportionnels. Pour un taux de conversion donné (dépendant notamment du taux de recombinaisons de paires électron - trou), ce flux de photons incidents impose donc le nombre de porteurs excités et, par conséquent, le courant électrique photocréé dans la jonction PN : un courant inverse de porteurs minoritaires. Lors d’une exploitation en générateur, la polarisation en tension directe de la jonction PN produit un courant de porteurs majoritaires qui se soustrait au précédent. On représente donc classiquement la cellule photovoltaïque idéale par un circuit équivalent constitué d’une source de courant modulée par la puissance du rayonnement incident shuntée par une diode (cf. Convertisseurs photovoltaïques...
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Générateurs d’énergie renouvelable
Avec la collaboration de H. Foch, G. Fontès, G. Gandanegara, H. Piquet, R. Saisset, R. Sareni, C. Turpin
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PAYNTER (H.) - Analysis and design of engineering systems - . MIT Press (1961).
-
(2) - KARNOPP (D.), MARGOLIS (D.), ROSENBERG (R.) - System Dynamics: Modeling and Simulation of Mechatronic Systems - . John Wiley & Son, 3rd ed., ISBN 0-471 33301-8 (2000).
-
(3) - DAUPHIN-TANGUY (G.) - Les Bond Graphs - . Édition Hermès, Paris, ISBN 2-7462-0158-5 (2000).
-
(4) - ASTIER (S.) - Des machines à aimants permanents aux systèmes énergétiques autonomes. Systémique, électricité et développement durable - . Mémoire de l’habilitation à diriger les recherches. INP Toulouse (juill. 2003).
-
(5) - ROBOAM (X.) - Design in Electrical Engineering Using Bond Graph : A System Viewpoint - . IEEE Industrial Electronics Society Newsletter (juin 2001).
-
(6) - GANDANEGARA (G.) - Méthodologie...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Ouvrages à consulter
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LEMARCHAND (H.) - GUYOT (F.) - JOUSSET (L.) - JULLIEN (L.) - Thermodynamique de la chimie - . Hermann (1999).
DIARD (J.P.) - LE GORREC (B.) - MONTELLA (C.) - Cinétique électrochimique - . Hermann – Éditeurs des sciences et des arts (1996).
RAND (D.A.J.) - WOOD (R.) - Batteries for electric vehicles - . Research Studies Press LTD (1998).
BERNDT - Maintenance free batteries, A handbook of battery technology - . Second edition, Research Studies Press LTD, Taunton, Somerset, Angleterre (1997).
BODE (H.) - Lead acid batteries - . Wiley-Interscience Publications (1977).
THOMA (J.) - OULD BOUAMAMA (B.) - Modeling and simulation in thermal and chemical engineering - . Springer (2000).
KARNOPP (D.) - Bond graph models for electrochemical energy storage : electrical, chemical and thermal effects - . Journal of the Franklin Institute, 327, Issue 6, p. 983-992 (1990).
THOMA (J.) - Electric batteries and fuel cells modelled by Bondgraphs - . Simulation Practice and Theory. 7, p. 613-622 (1999).
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NELSON (P.) - BLOOM (I.) - AMINE (K.) - HENRIKSEN (G.) - Design modelling of lithium-ion battery performance - . Journal of Power Sources 110 (2002).
NEWMAN (J.) - THOMAS (K.E.) - HAFEZI (H.) - WHEELER (D.R.) - Modeling of lithium-ion batteries - . Journal of Power Sources 119-121 (2003).
NOBORU SATO - Thermal behavior analysis of lithium-ion batteries for electric and hybrid vehicles - . Journal of Power Sources 99 (2001).
SAISSET (R.) -...
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