EP4367790A1 - Procede de controle de dispositif de suivi pour la maximisation du courant produit par un module solaire photovoltaïque bifacial a cellules multi-jonctions - Google Patents

Procede de controle de dispositif de suivi pour la maximisation du courant produit par un module solaire photovoltaïque bifacial a cellules multi-jonctions

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Publication number
EP4367790A1
EP4367790A1 EP22737496.4A EP22737496A EP4367790A1 EP 4367790 A1 EP4367790 A1 EP 4367790A1 EP 22737496 A EP22737496 A EP 22737496A EP 4367790 A1 EP4367790 A1 EP 4367790A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
panel
cells
currents
sensors
module
Prior art date
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Pending
Application number
EP22737496.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Baptiste PUEL
Arthur JULIEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electricite de France SA
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Polytechnique
Institut Photovoltaique dIle de France IPVF
TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
Electricite de France SA
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Polytechnique
Institut Photovoltaique dIle de France IPVF
TotalEnergies Onetech SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4367790A1 publication Critical patent/EP4367790A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30—Electrical components
    • H02S40/36—Electrical components characterised by special electrical interconnection means between two or more PV modules, e.g. electrical module-to-module connection
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/142—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers comprising multiple PN homojunctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/19—Photovoltaic cells having multiple potential barriers of different types, e.g. tandem cells having both PN and PIN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/40—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules comprising photovoltaic cells in a mechanically stacked configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3

Definitions

  • the invention relates to the field of photovoltaic renewable energies.
  • the invention relates to a method, a photovoltaic panel and a solar tracking device (tracker in English) adapted to maximize the current produced by one or more bifacial multi-junction photovoltaic modules in a photovoltaic panel energy production device.
  • Bifacial photovoltaic modules with tandem type junctions are based on the coupling of two superimposed photovoltaic junctions associated in series. In such a case, to have optimal operation, the two junctions must produce the same amount of current.
  • the lower junction When the lower junction is bifacial, it produces current as a function of two contributions, the light received on the front face of the module and crossing the top junction without being converted by the latter and the light received on the rear face of the module. The ratio of front and rear light contributions depends on the orientation of the module.
  • Tandem cells are a particular case of multi-junction cells with two junctions and it is also possible to produce bifacial modules by means of multi-junction cells with more than two junctions which will receive light on the upper face. module and light on the underside.
  • Multi-junction cells comprise stacked junctions made of different semiconductor materials with decreasing band gaps from an upper face of a module to convert portions of light of increasing wavelength in their successive layers, the lower layer additionally converting all the light arriving under the module.
  • each junction produces current from a different part of the spectrum.
  • the junctions absorbing the long wavelengths also absorb the shorter wavelengths but the opposite is not true also the junctions are stacked to absorb increasing wavelengths from the top of the stack under an upper face of a module, the lower junction being able to receive light from below and receiving the highest wavelengths passed through top stacking.
  • the junctions are connected in series, which means that the current produced by the cell will be limited by the junction providing the least current.
  • the optimal orientation making it possible to maximize the energy production of a Tandem or multi-junction bifacial photovoltaic module must balance the current production in the junctions of the stack(s).
  • This optimal orientation depends on the powers perceived on the front and rear face, which in turn vary according to many parameters: sun position, sky clarity, albedo, environment.
  • the spectral composition of these contributions plays a major role in the current balance between different junctions of the same stack.
  • the height of the sun in the sky causes the proportion between light available for the upper junction and light available for the lower junction to vary each day, which means that the optimal orientation of the modules varies continuously in a different way than for the modules at monofacial cells or bifacial monojunction cells.
  • the present application proposes to optimize the orientation of the modules to balance the contributions of the cell elements receiving the light on the front face and those receiving the light on the lower face.
  • the present disclosure proposes a method for maximizing the current produced by a photovoltaic panel comprising one or more bifacial photovoltaic solar modules, said modules comprising a plurality of photovoltaic cells each provided with at least two junctions stacked and connected in series. , said panel being orientable and comprising a device for controlling its orientation relative to the sun, the method comprising: a. a front face irradiance measurement Ai on a photoactive upper face of said panel and a rear face irradiance measurement Ar on a photoactive lower face of said panel in an initial orientation of the panel, b.
  • the equalization of the theoretical currents Ijtmax of the junctions of the cells leads to a maximization of the currents generated.
  • the threshold value chosen will depend on the accuracy of the tracking system and the illumination conditions of the panels and a threshold value such as a relative difference of 10% or even 5% can be given as an order to idea, this value being refined during the commissioning of the system.
  • the method makes it possible to adjust the differences in irradiance between the upper face and the lower face of the panel to equalize and maximize the current produced by the junctions and therefore the cells. It should be noted that the purpose of the method is not to equalize the irradiances perceived on the two faces of the panel but rather to adjust the irradiances to equalize and maximize said currents, which is not necessarily obtained by equalizing the perceived irradiances.
  • the method may comprise a scanning of positions of the panel around the theoretical position obtained, a measurement of the current produced by the panel in each of said positions and a step of placing the panel in the position maximizing the current produced by the panel.
  • the irradiance measurement on the upper face being carried out by one or more upper sensors arranged at the level of said upper face of the panel and a or several lower sensors arranged at the level of said lower face of the panel, the method may comprise steps prior to commissioning the panel comprising a step of choosing the number of upper and lower sensors and a step of positioning the upper sensor(s) and lower according to shading conditions and perceived light uniformity above and below the panel according to several inclinations of the panel, so as to generate irradiance data adapted to the calculation of said theoretical orientation.
  • the preliminary steps may include positioning the sensors at the locations undergoing the greatest variations in irradiance, excluding shading, depending on the orientation of the panel.
  • the positioning makes it possible to find a compromise between minimizing the shading and obtaining the information required for the calculation detailed above.
  • the present disclosure further relates to a photovoltaic panel configured for the implementation of the method described above, comprising one or more modules whose cells are multi-junction bifacial cells whose junctions are connected in series.
  • the cells of the module or modules are interconnected according to a series/parallel network.
  • the present disclosure also relates to a computer program comprising instructions for implementing all or part of the method described above when this program is executed by a processor.
  • the present disclosure also relates to a non-transitory recording medium, readable by a computer, on which said program is recorded.
  • the present disclosure finally relates to an energy production device, comprising one or more photovoltaic panels associated with one or more frames fitted with solar tracking systems, at least some of the panels comprising one or more irradiance sensors opposite front and rear of at least some of the panels, the device further comprising a tracking computer connected to said sensors, said computer being configured to execute said program and control the position of said plurality of panels so as to balance and maximize the currents of the junctions of the cells resulting from the irradiance on the upper face Ai and from the irradiance on the lower face Ar received by said panels.
  • the sensors can be associated in pairs of sensors on the front face and on the rear face of the panels on one or more of the panels and are arranged in median positions within the panels or peripheral positions on said panels or around said panels.
  • FIG. 1A [Fig. 1 B] show examples of multi-junction cells
  • FIG. 2 shows a detail of an example of a solar field
  • FIG. 3A schematizes a module adapted to the method of the present disclosure and whose juxtaposition with other modules forms a panel;
  • FIG. 3B schematizes a variant of FIG. 3A
  • FIG. 4 shows an example flowchart according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 represents preliminary steps for positioning sensors.
  • FIG. 6A], FIG. 6B], [Fig. 6C] and [Fig. 6D] show examples of positioning of sensors on panels with one or more modules according to embodiments;
  • FIG. 7A], FIG. 7B] and [Fig. 7C] represent alternative solutions for positioning sensors on panels.
  • a panel comprises one or more bifacial modules
  • a bifacial module comprises one or more bifacial cells which each comprise at least two stacked junctions. The junctions of each cell are connected in series, the cells are connected together in series and/or in parallel, the modules are connected in series and/or in parallel in the panels.
  • the light perceived by a photovoltaic module is made up of several contributions, direct radiation, radiation diffused by the sky and radiation reflected by the environment.
  • the powers of these contributions naturally vary continuously with the climate.
  • the orientation of the module also makes it possible to play on their power, to allow more or less light to access the rear face for example.
  • the optimization of the inclination of a panel comprising one or more bifacial modules is made using measurements of the light power perceived on each face of the panel, measurements of the current produced by the panel and the modeling of the operation of the module(s) constituting the panel and therefore of the currents of the various junctions.
  • the present disclosure relates in particular to cells combining several absorber materials with different bandgap energy, that is to say cells comprising several junctions, for example of the p-n type, made up of different stacked semiconductor materials and adapted to produce an electric current in response to different parts of the light spectrum and connected in series.
  • FIG. 1A represents a first example of photovoltaic cell 1 adapted to the method of the invention.
  • a first type of so-called bifacial tandem multi-junction cell which comprises two superposed junctions connected in series.
  • the cell thus comprises an upper junction 2a which will position under an upper face of a module which receives light 3a on the upper face of the module and a lower junction 2b on the lower face of the module and which receives light 3b on the lower face of the module as well as part of the light received on the upper face and which crosses the upper junction.
  • a cell is for example a perovskite/silicon cell.
  • junctions are connected in series by a link 7 inside the cell and have two output terminals 8a, 8b.
  • the upper junction converts a part 3a of the wavelengths of the light that it receives and lets a part 3′a of higher wavelengths of this light pass towards the junction bottom of the module which converts this part of wavelengths and which also converts the light 3b arriving via the underside of the module.
  • Figure 1B relates to a second type of photovoltaic cell 1' adapted to the method of the invention.
  • cell 1' comprises three or more junctions.
  • the junctions are made up of layers of different semiconductor materials converting light at increasing wavelengths from an upper face of the cell to a lower face of the cell.
  • the junctions are connected in series 7a, 7b inside the cell and the cell has two output terminals 8a and 8b.
  • the junction on the lower face is adapted to convert part of the incident light passing through the upper layers and to convert the light on the lower face 3b arriving from the lower face of a module in which the cell is located.
  • An example of such a cell is a triple-junction III-V cell or a multi-junction III-V cell on an Si junction.
  • the purpose of the method described below is to optimize the current of photovoltaic panels comprising one or more photovoltaic modules with bifacial multi-junction cells.
  • the tracking is adapted to maximize and balance the currents of the stacked and series-connected junctions in the cells or cell assemblies as a function of the irradiance on the upper face and on the lower face.
  • the tracking system according to the present disclosure is shown in Figure 2 on a bifacial photovoltaic panel 10a comprising one or more modules bifacials according to the present disclosure.
  • the tracking system consists of a panel fixing structure, comprising a frame 24 and an axis of rotation R, the panel being controlled in inclination by a motor controlled by a tracking computer 15 around the axis R, a or more sensors 12 on the underside of the panel and one or more sensors 13 on the upper side of the panel to measure the power of the light radiation received on each of the faces of the panel.
  • the structure on which the panel is fixed can be the same as for a conventional tracking system. It can be mobile on one or two axes, FIG.
  • the sensors 12 and 13 are connected to the tracking computer 15 which will adapt the angular position of the module by making it pivot around the axis R by means of the motor controlled according to the irradiances on the upper face and on the lower face as will be seen more far.
  • bifacial panels 10b are slaved to the tracking device of a bifacial panel 10a equipped with sensors 12, 13.
  • Other configurations are possible in terms of the number of slave panels relative to the panels equipped with the tracking device in particular depending on the shading situations depending on the position of the panels.
  • FIG. 3A represents an example of the installation of sensors 12 on the lower face and 13 on the upper face of a module 10a arranged in a frame 14.
  • the installation of the sensors can in particular be adapted to limit or eliminate the risk that the sensors are located in a shaded area of the module according to the angular position of the module in azimuth.
  • the module is a module whose juxtaposition with other modules forms a panel.
  • Figure 3B shows a variant where lower 12 'and upper 13' sensors are arranged outside the frame 14 on an arm 18 fixed on an edge frame 14 to avoid creating a shaded area on the modules. Sensors can, according to this embodiment, be fixed on two opposite edges of the frame or on the four edges of the frame.
  • FIG. 4 is a flowchart detailing the possible steps of a process for maximizing the current produced by monitoring the orientation of a panel comprising at least one bifacial photovoltaic module itself comprising a plurality of juxtaposed cells, each provided with at least two junctions stacked and connected in series, according to the present disclosure.
  • the method is suitable for a device for controlling the orientation of an orientable panel with respect to the sun, the panel comprising one or more modules, but is also suitable for a device for controlling a plurality of slaved panels together on the same axis or on different axes.
  • This method mainly comprises an algorithm comprising: a. a measurement 100 of incident irradiance Ai on a photoactive upper face of said panel and a reflective irradiance measurement Ar on a photoactive lower face of said panel in an initial orientation of the panel. These measurements are carried out by means of one or more sensors 13 on the upper face of the module measuring the power of the incident light radiation and of one or more sensors 12 on the lower face of the panel measuring the power of the reflected radiation; b.
  • the choice of the threshold value or its adjustment can be made during tests to set up the system in order to maintain stability of the servo-control that constitutes the process while offering sufficient precision.
  • the threshold value chosen will depend in particular on the accuracy of the tracking system and the illumination conditions of the panels.
  • a threshold value such as a relative difference of 10% or even 5% between said theoretical currents Ijtmax and said generated currents Ijg can be given as an idea, this value possibly being refined during commissioning of the system .
  • the method can be applied to single modules, panels, grouping together one or more modules and each mounted on a frame or several panels themselves grouped together on the same frame.
  • the physical characteristics of the cells necessary for the calculations include the efficiency of the various junctions which compose them as a function of the irradiance in sunlight and include the value of the forbidden band of the absorber materials of the junctions making up the cells. This data corresponds to the knowledge of the portion of the light spectrum attributed to each junction. An additional characteristic needed for the calculations is the efficiency of each junction in its own spectral band. Additional data, such as temperature response, yield for different illumination powers, can be used for more expensive but more accurate calculations.
  • a j (X) is the absorption of the j junction in its spectral zone: it can be defined in a more or less elaborate manner depending on the level of knowledge of the junctions and their efficiency.
  • the starting inclination of the module can be the inclination resulting from a traditional solar tracking calculation.
  • a scan 140 of module positions around the theoretical position obtained can be performed. During scanning, a measurement 150 of the current produced by the module in each of said positions is then performed to allow a step 160 of placing the module in the position maximizing the current produced by the module.
  • the method may include a test step authorizing the implementation of said algorithm only if an imbalance between the irradiance on the upper face and the irradiance on the underside of the panel is less than a threshold D because too great a difference between such irradiances may not be compensated.
  • the method may comprise prior to the commissioning of the panel(s), during the installation of said panels, one or more preliminary steps of choosing the number of sensors 220 and their positioning 230 on the panel(s).
  • One or more upper sensors 13 and one or more lower sensors 12 are arranged respectively on said upper face and said lower face of the panel, the number and positioning of the upper and lower sensors will be adapted according to shading conditions and of uniformity of the light perceived on and under the panel according to several inclinations of the panel, to generate irradiance data adapted to the calculation of said theoretical orientation.
  • the positioning and the number of sensors can in particular be determined by irradiance measurements on the upper face 200 according to several angular positions of the panel, in particular in azimuth, and by an irradiance measurement on the lower face 210 still according to several angular positions of the sign. However, these measures assume the installation of temporary sensors beforehand. These measurements can be used to find the best compromise between shading and obtaining data necessary for the algorithm determining the optimal orientation of the panel.
  • the positioning steps 230 of the irradiance measurement sensors may in particular comprise a calculation 215 of the positioning of the sensors at the locations undergoing the most significant variations in irradiance with exclusion of the shading zones according to the orientation of the sign.
  • Figures 6A to 6D give examples of embodiments of panels seen from above comprising 15 modules 31, 32, adapted to the process and equipped with sensors 13.
  • Figure 6A is shown an example of a panel 10c which comprises three rows of five modules 31, 32 and for which the modules of each row are connected in series by links 16 and the rows are connected in parallel by links 17.
  • This panel comprises a pair of sensors with a sensor 13a above the panel, here on modules 31 in a central zone of the panel, and a sensor not visible in the figure below the module.
  • This embodiment is the most economical but only makes it possible to measure the irradiances in the central part of the panel, the modules 32 being devoid of sensors.
  • the panel 10d comprises two pairs of sensors, along the axis of rotation Z of the panel on modules 31 on opposite edges of the panel, with two sensors 13b above the panel and two sensors above. below the panel, not visible in the figure.
  • This embodiment makes it possible to reduce the shading caused by the sensors in the central part of the panel of the embodiment of FIG. 6A and improves the measurements of variation in irradiances associated with tracking in zenith (axis of rotation Z), whether this either the only axis of follow-up or not.
  • the panel also comprises two pairs of sensors including sensors 13c and sensors not shown which are symmetrical to the sensors 13c with respect to the plane of the panel. These pairs of sensors are this time arranged on modules 31 at the level of a central axis of the panel, perpendicular to the axis of rotation R of the panel in azimuth, on two edges of the panel. This arrangement makes it possible to improve the measurement during azimuth tracking.
  • FIGS. 7A to 7C Examples of the installation of sensors on multi-module panels are given in FIGS. 7A to 7C where the panels group together, for example, 22 modules.
  • FIG. 7B proposes a more elaborate positioning for which the pairs of sensors 1213′ are placed at locations undergoing the greatest variations in irradiance depending on the orientation of the panel 10h and on certain modules 31. As in FIG. 7A, the irradiance perceived on the other modules 32 can be interpolated.
  • FIG. 7C corresponds to an embodiment similar to FIG. 7B but with a finer resolution, that is to say for which a greater number of modules 31 are equipped with pairs of sensors 1213.
  • the positions and number of sensors can be adapted according to the shading conditions encountered during the installation of the panels for the operation of a solar farm, just as the modules can comprise a different number of cells 1 connected in series/parallel.
  • the invention is not limited to the embodiments described above, solely by way of example, but it encompasses all the variants that a person skilled in the art may consider in the context of the protection sought and in particular, the sensors can be arranged on or on the periphery of the modules and/or panels, their position being adaptable according to any shading conditions encountered.

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Abstract

Procédé de maximisation de courant produit par un module solaire photovoltaïque bifacial comportant une pluralité de cellules chacune pourvue d'au moins deux jonctions empilées et connectées en série, le module étant orientable et comportant un dispositif de pilotage de l'orientation par rapport au soleil dudit module, le procédé comporte un algorithme comprenant une mesure (100) d'irradiance en face supérieure Ai sur une face supérieure photo active dudit module et une mesure d'irradiance réflective Ar sur une face inférieure photo active dudit module dans une orientation initiale du module, une mesure (105) du courant initial I produit par le module en réponse aux irradiances en face supérieure Ai et en face inférieure Ar et un calcul des courants générés Ijg par lesdites jonctions empilées en fonction des caractéristiques physiques (20) des cellules et dudit courant initial, un calcul (110) d'une orientation théorique optimisée pour laquelle, connaissant les irradiances mesurées Ai, Ar et des caractéristiques physiques (20) des cellules, une égalisation et une maximisation des courants théoriques Ijtmax des jonctions des cellules est obtenue et un positionnement du module dans ladite orientation théorique dans le cas où un déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est supérieur à une valeur seuil dljmax. Module adapté à ce procédé.

Description

Description
Titre : PROCEDE DE CONTROLE DE DISPOSITIF DE SUIVI POUR LA MAXIMISATION DU COURANT PRODUIT PAR UN MODULE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE B I FACIAL A CELLULES MULTI-JONCTIONS
Domaine technique
[0001] L’invention relève du domaine des énergies renouvelables photovoltaïques. L’invention concerne un procédé, un panneau photovoltaïque et un dispositif de suivi solaire (tracker en anglais) adapté à maximiser le courant produit par un ou plusieurs modules photovoltaïques multi-jonctions bifaciaux dans un dispositif de production d’énergie à panneaux photovoltaïques.
[0002] Les modules photovoltaïques bifaciaux à jonctions de type tandem reposent sur le couplage de deux jonctions photovoltaïques superposées associées en série. Dans un tel cas, pour avoir un fonctionnement optimal, les deux jonctions doivent produire la même quantité de courant. Lorsque la jonction inférieure est bifaciale, celle-ci produit du courant en fonction de deux contributions, la lumière reçue en face avant du module et traversant la jonction du dessus sans être convertie par cette dernière et la lumière reçue en face arrière du module. Le rapport des contributions de la lumière en face avant et arrière dépend de l’orientation du module.
[0003] Les cellules tandem sont un cas particulier de cellules multi-jonctions à deux jonctions et il est aussi possible de réaliser des modules bifaciaux au moyen de cellules multi-jonctions à plus de deux jonctions qui vont recevoir de la lumière sur la face supérieure du module et de la lumière sur la face inférieure.
[0004] Les cellules multi-jonctions comportent des jonctions empilées réalisées dans différents matériaux semiconducteurs de bandes interdites décroissantes à partir d’une face supérieure d’un module pour convertir des parties de lumière de longueur d’onde croissante dans leurs couches successives, la couche inférieure convertissant en outre toute la lumière arrivant sous le module. Dans une cellule multi-jonction chaque jonction produit du courant à partir d’une partie du spectre différent. Les jonctions absorbant les grandes longueurs d’ondes absorbent aussi les longueurs d’ondes plus courtes mais le contraire n’est pas vrai aussi les jonctions sont empilées pour absorber les longueurs d’ondes croissantes à partir du haut de l’empilage sous une face supérieure d’un module, la jonction inférieure pouvant recevoir de la lumière par le dessous et recevant les plus hautes longueurs d’ondes ayant traversé l’empilage par le dessus.
[0005] Dans ces différents modes de réalisation, les jonctions sont raccordées en série ce qui fait que le courant produit par la cellule sera limité par la jonction fournissant le moins de courant.
Technique antérieure
[0006] Il est connu de réaliser des dispositifs de suivi solaire pour lesquels un ou plusieurs panneaux photovoltaïques comportant chacun un ou plusieurs modules regroupant une pluralité de cellules disposées en ligne / colonne sur le module, sont installés sur un système mécanique permettant de modifier en temps réel leur orientation et de suivre le soleil.
Problème technique
[0007] Ces solutions connues permettent de maximiser le courant produit par des modules convertissant la lumière reçue en face supérieure du module mais ne permettent pas de maximiser le courant produit d’une centrale solaire utilisant des modules photovoltaïques à cellules bifaciales multi-jonctions c’est à dire des modules bifaciaux multi-jonctions. En effet, ces solutions n’optimisent pas l’éclairement de la face inférieure du module car, comme vu plus haut dans le cas de jonctions ou d’éléments de cellules superposés et raccordés en série, le courant produit par l’assemblage est limité par l’élément recevant le moins de lumière, le rendement du module est alors limité par le déficit d’éclairement de la face inférieure du module.
[0008] En effet, contrairement aux modules photovoltaïques à cellules mono faciales qui doivent être préférablement orientées face au soleil conduisant les dispositifs de suivi à suivre uniquement la course du soleil, l’orientation optimale permettant de maximiser la production d’énergie d’un module photovoltaïque bifacial tandem ou multi-jonctions doit équilibrer la production de courant dans les jonctions du ou des empilements. Cette orientation optimale dépend des puissances perçues en face avant et arrière, qui à leur tour varient en fonction de nombreux paramètres : position du soleil, clarté du ciel, albédo, environnement. De plus, la composition spectrale de ces contributions joue un grand rôle sur l’équilibre de courant entre différentes jonctions d’un même empilement. La hauteur du soleil dans le ciel fait varier chaque jour la proportion entre lumière disponible pour la jonction supérieure et lumière disponible pour la jonction inférieure ce qui conduit à ce que l’orientation optimale des modules varie en continu de manière différente que pour les modules à cellules mono faciales ou cellules mono jonction bifaciales.
[0009] Pour un module bifacial multi-jonction, non seulement les puissances perçues en face avant et arrière, mais aussi les rendements respectifs des jonctions empilées et leur contribution, influent cette orientation optimale.
Exposé de l’invention
[0010] Au vu de l’art antérieur la présente demande propose d’optimiser l’orientation des modules pour équilibrer les contributions des éléments de cellules recevant la lumière en face avant et ceux recevant la lumière en face inférieure.
[0011] Plus précisément la présente divulgation propose un procédé de maximisation de courant produit par un panneau photovoltaïque comportant un ou plusieurs modules solaires photovoltaïques bifaciaux, lesdits modules comportant une pluralité de cellules photovoltaïques chacune pourvue d’au moins deux jonctions empilées et connectées en série, ledit panneau étant orientable et comportant un dispositif de pilotage de son orientation par rapport au soleil, le procédé comportant: a. une mesure d’irradiance en face avant Ai sur une face supérieure photo active dudit panneau et une mesure d’irradiance en face arrière Ar sur une face inférieure photo active dudit panneau dans une orientation initiale du panneau, b. une mesure du courant initial I produit par le panneau en réponse aux irradiances face avant Ai et face arrière Ar et un calcul des courants générés Ijg par lesdites jonctions empilées en fonction des caractéristiques physiques des cellules, dudit courant initial et des irradiances en face avant et en face arrière, c. un calcul d’une orientation théorique optimisée pour laquelle, connaissant lesdites irradiances Ai, Ar mesurées, les courants générés et les caractéristiques physiques des cellules, une égalisation des courants théoriques Ijtmax des jonctions des cellules est obtenue, d. un positionnement du panneau dans ladite orientation théorique dans le cas où un déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est supérieur à une valeur seuil dljmax ou un maintien de la position dudit panneau en cas de différence de courant entre lesdits courants théoriques et lesdits courants générés inférieure à ladite valeur seuil.
[0012] Selon le procédé, l’égalisation des courants théoriques Ijtmax des jonctions des cellules conduit à une maximisation des courants générés.
[0013] La valeur seuil choisie va dépendre de la précision du système de suivi et des conditions d’illumination des panneaux et une valeur seuil telle qu’un écart relatif de 10% voire 5% peut être donnée en tant qu’ordre d’idée, cette valeur étant affinée lors de la mise en service du système.
[0014] Le procédé permet d’ajuster les différences d’irradiance entre la face supérieure et la face inférieure du panneau pour égaliser et maximiser le courant produit par les jonctions et donc les cellules. Il y a lieu de noter que le procédé n’a pas pour objectif d’égaler les irradiances perçues sur les deux faces du panneau mais bien d’ajuster les irradiances pour égaler et maximiser lesdits courants ce qui n’est pas nécessairement obtenu en égalant les irradiances perçues.
[0015] Lorsque le déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est inférieur à ladite valeur seuil dljmax, le procédé peut comporter un balayage de positions du panneau autour de la position théorique obtenue, une mesure du courant produit par le panneau dans chacune desdites positions et une étape de placement du panneau dans la position maximisant le courant produit par le panneau.
[0016] Ainsi l’optimisation tient compte des caractéristiques réelles de cellules et permet d’affiner la prédiction d’orientation du panneau issue du calcul.
[0017] La mesure d’irradiance en face supérieure étant réalisée par un ou plusieurs capteurs supérieurs disposés au niveau de ladite face supérieure du panneau et un ou plusieurs capteurs inférieurs disposés au niveau de ladite face inférieure du panneau, le procédé peut comporter des étapes préalables à une mise en service du panneau comportant une étape de choix du nombre de capteurs supérieurs et inférieurs et une étape de positionnement du ou des capteurs supérieurs et inférieurs en fonction de conditions d’ombrage et d’uniformité de lumière perçue au- dessus et au-dessous du panneau selon plusieurs inclinaisons du panneau, en sorte de générer des données d’irradiance adaptées au calcul de ladite orientation théorique.
[0018] Ainsi une optimisation du nombre et de la position des capteurs est réalisée.
[0019] Les étapes préalables peuvent comporter un positionnement des capteurs aux endroits subissant les variations d’irradiance les plus importantes hors ombrage en fonction de l’orientation du panneau. Le positionnement permettant de trouver un compromis entre minimisation de l’ombrage et obtention de l’information requise pour le calcul détaillé précédemment.
[0020] Ceci maximise la plage de fonctionnement du procédé.
[0021] La présente divulgation concerne en outre un panneau photovoltaïque configuré pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, comportant un ou plusieurs modules dont les cellules sont des cellules bifaciales multi-jonctions dont les jonctions sont reliées en série.
[0022] Selon un mode de réalisation particulier, les cellules du ou des modules sont raccordées entre elles selon un réseau série/parallèle.
[0023] La présente divulgation concerne en outre un programme informatique comportant des instructions pour la mise en oeuvre de tout ou partie du procédé décrit ci-dessus lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
[0024] La présente divulgation concerne de même un support d’enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré ledit programme.
[0025] La présente divulgation concerne enfin un dispositif de production d’énergie, comportant un ou plusieurs panneaux photovoltaïques associés à un ou plusieurs bâtis munis de systèmes de suivi solaire, au moins certains des panneaux comportant un ou plusieurs capteurs d’irradiance en face avant et en face arrière d’au moins certains des panneaux, le dispositif comportant en outre un calculateur de suivi relié auxdits capteurs, ledit calculateur étant configuré pour exécuter ledit programme et piloter la position de ladite pluralité de panneaux en sorte d’équilibrer et maximiser les courants des jonctions des cellules issus de l’irradiance en face supérieure Ai et de l’irradiance en face inférieure Ar reçue par lesdits panneaux.
[0026] Les capteurs peuvent être associés par paires de capteurs en face avant et en face arrière des panneaux sur un ou plusieurs des panneaux et sont disposés selon des positions médianes au sein des panneaux ou des positions périphériques sur lesdits panneaux ou autour desdits panneaux.
Brève description des dessins
[0027] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[0028] [Fig. 1 A], [Fig. 1 B] montrent des exemples de cellule à plusieurs jonctions ;
[0029] [Fig. 2] montre un détail d’un exemple de champ solaire;
[0030] [Fig. 3A] schématise un module adapté au procédé de la présente divulgation et dont la juxtaposition avec d’autres modules forme un panneau;
[0031] [Fig. 3B] schématise une variante de la figure 3A ;
[0032] [Fig. 4] montre un exemple de logigramme selon un mode de réalisation de la présente divulgation;
[0033] [Fig. 5] représente des étapes préalables de positionnement de capteurs.
[0034] [Fig. 6A], [Fig. 6B], [Fig. 6C] et [Fig. 6D] montrent des exemples de positionnement de capteurs sur des panneaux à un ou plusieurs modules selon des modes de réalisation;
[0035] [Fig. 7A], [Fig. 7B] et [Fig. 7C] représentent des solutions alternatives de positionnement de capteurs sur des panneaux.
Description des modes de réalisation [0036] Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0037] Dans la présente description on considérera qu’un panneau comporte un ou plusieurs modules bifaciaux, un module bifacial comporte une ou plusieurs cellules bifaciales qui comportent chacune au moins deux jonctions empilées. Les jonctions de chaque cellules sont branchées en série, les cellules sont branchées entre elles en série et/ou en parallèle , les modules sont branchés en série et/ou en parallèle dans les panneau.
[0038] La lumière perçue par un module photovoltaïque se compose de plusieurs contributions, le rayonnement direct, le rayonnement diffusé par le ciel et le rayonnement réfléchi par l’environnement. Les puissances de ces contributions varient naturellement en continu avec le climat. L’orientation du module permet aussi de jouer sur leur puissance, pour permettre à plus ou moins de lumière d’accéder à la face arrière par exemple.
[0039] Dans la présente divulgation, l’optimisation de l’inclinaison d’un panneau comportant un ou plusieurs modules bifaciaux est faite à l’aide de mesures de la puissance lumineuse perçue sur chaque face du panneau, de mesures du courant produit par le panneau et la modélisation du fonctionnement du ou des modules constituant le panneau et donc des courants des différentes jonctions.
[0040] La présente divulgation concerne en particulier les cellules combinant plusieurs matériaux absorbeurs à énergie de bande interdite différentes, c’est à dire des cellules comportant plusieurs jonctions par exemple de type p - n constituées de différents matériaux semi-conducteurs empilées et adaptées à produire un courant électrique en réponse à des parties différentes du spectre de la lumière et reliées en série.
[0041] Il est maintenant fait référence à la figure 1A qui représente un premier exemple de cellule photovoltaïque 1 adaptée au procédé de l’invention.
[0042] Selon cette figure est réalisée un premier type de cellule multi-jonctions dite tandem bifaciale qui comporte deux jonctions superposées reliées en série. Selon cet exemple, la cellule comporte ainsi une jonction supérieure 2a qui va se positionner sous une face supérieure d’un module qui reçoit une lumière 3a en face supérieure du module et une jonction inférieure 2b sur la face inférieure du module et qui reçoit une lumière 3b en face inférieure du module ainsi qu’une partie de la lumière reçue en face supérieure et qui traverse la jonction supérieure. Une telle cellule est par exemple une cellule pérovskite/silicium.
[0043] Ces jonctions sont reliées en série par une liaison 7 en interne de la cellule et comportent deux bornes de sortie 8a, 8b.
[0044] Dans le contexte de l’invention, la jonction supérieure convertit une partie 3a des longueurs d’onde de la lumière qu’elle reçoit et laisse passer une partie 3’a de longueurs d’onde supérieures de cette lumière vers la jonction inférieure du module qui convertit cette partie de longueurs d’onde et qui convertit aussi la lumière 3b arrivant par la face inférieure du module.
[0045] La figure 1 B concerne un second type de cellule photovoltaïque 1’ adaptée au procédé de l’invention. Selon ce mode de réalisation la cellule 1’ comporte trois jonctions ou plus. Les jonctions sont constituées en couches de matériaux semi- conducteurs différents convertissant la lumière à des longueurs d’onde croissantes depuis une face supérieure de la cellule vers une face inférieure de la cellule. Les jonctions sont reliées en série 7a, 7b en interne de la cellule et la cellule comporte deux bornes de sortie 8a et 8b. La jonction sur la face inférieure est adaptée à convertir une partie de la lumière incidente traversant les couches supérieures et à convertir la lumière en face inférieure 3b arrivant par la face inférieure d’un module dans lequel se trouve la cellule. Un exemple d’une telle cellule est une cellule de type triple jonction lll-V ou une cellule multi jonctions lll-V sur une jonction Si.
[0046] Le procédé décrit ci-après a pour but d’optimiser le courant de panneaux photovoltaïques comportant un ou plusieurs modules photovoltaïques à cellules multi jonctions bifaciales. Selon ce procédé, le suivi est adapté pour maximiser et équilibrer les courants des jonctions empilées et reliées en série dans les cellules ou les assemblages de cellules en fonction de l’irradiance en face supérieure et en face inférieure.
[0047] Le système de suivi selon la présente divulgation est présenté en figure 2 sur un panneau photovoltaïque bifacial 10a comportant un ou plusieurs modules bifaciaux selon la présente divulgation. Le système de suivi se compose d’une structure de fixation du panneau, comportant un bâti 24 et un axe de rotation R, le panneau étant piloté en inclinaison par une motorisation asservie par un calculateur de suivi 15 autour de l’axe R, un ou plusieurs capteurs 12 en face inférieure du panneau et un ou plusieurs capteurs 13 en face supérieure du panneau pour mesurer la puissance du rayonnement lumineux reçu sur chacune des faces du panneau. La structure sur laquelle est fixé le panneau peut être la même que pour un système de suivi conventionnel. Elle peut être mobile sur un ou deux axes, la figure 2 représentant un exemple à un degré de liberté de suivi en azimut, le système de suivi pouvant avoir aussi deux degrés de liberté pour un suivi en hauteur du soleil . Les capteurs 12 et 13 sont reliés au calculateur de suivi 15 qui va adapter la position angulaire du module en le faisant pivoter autour de l’axe R au moyen du moteur asservi selon les irradiances en face supérieure et en face inférieure comme il sera vu plus loin.
[0048] Des rayons lumineux arrivant directement du Soleil Ls, diffusés par le ciel Ld, réfléchis sur le sol Ldr et réfléchis sur les panneaux adjacents Lsr sont reçus en faces avant et arrière des panneaux. D’autres contributions non représentés pour ne pas surcharger la figure sont possibles, comme des rayons réfléchis par la face avant de panneaux et arrivant en face arrière de modules d’autres panneaux.
[0049] Toujours selon l’exemple de la figure 2, plusieurs panneaux bifaciaux 10b sont asservis au dispositif de suivi d’un panneau bifacial 10a équipé des capteurs 12, 13. D’autres configurations sont possibles en nombre de panneaux asservis par rapport aux panneaux équipés du dispositif de suivi notamment en fonction des situations d’ombrage selon la position des panneaux.
[0050] La figure 3A représente un exemple d’implantation de capteurs 12 en face inférieure et 13 en face supérieure d’un module 10a disposé dans un cadre 14. L’implantation des capteurs peut notamment être adaptée pour limiter ou supprimer le risque que les capteurs se trouvent dans une zone ombrée du module selon la position angulaire du module en azimut. Le module est un module dont la juxtaposition avec d’autres modules forme un panneau.
[0051] La figure 3B représente une variante où des capteurs inférieur 12’ et supérieur 13’ sont disposés à l’extérieur du cadre 14 sur un bras 18 fixé sur un bord du cadre 14 pour éviter de créer une zone d’ombrage sur les modules. Des capteurs peuvent, selon ce mode de réalisation être fixés sur deux bords opposés du cadre ou sur les quatre bords du cadre.
[0052] La figure 4 est un logigramme détaillant des étapes possibles d’un procédé de maximisation de courant produit par suivi de l’orientation d’un panneau comportant au moins un module photovoltaïque bifacial comportant lui-même une pluralité de cellules juxtaposées, chacune pourvue d’au moins deux jonctions empilées et connectées en série, selon la présente divulgation.
[0053] Le procédé est adapté à un dispositif de pilotage de l'orientation d’un panneau orientable par rapport au soleil, le panneau comportant un ou plusieurs modules, mais est aussi adapté à un dispositif de pilotage d’une pluralité de panneaux asservis ensemble sur un même axe ou sur des axes différents.
[0054] Ce procédé comporte principalement un algorithme comprenant : a. une mesure 100 d’irradiance incidente Ai sur une face supérieure photo active dudit panneau et une mesure d’irradiance réflective Ar sur une face inférieure photo active dudit panneau dans une orientation initiale du panneau. Ces mesures sont réalisées au moyen d’un ou plusieurs capteurs 13 en face supérieure du module mesurant la puissance du rayonnement lumineux incident et d’un ou plusieurs capteurs 12 en face inférieure du panneau mesurant la puissance du rayonnement réfléchi ; b. Au moyen d’un capteur de courant 19 par exemple, une mesure 105 du courant initial I produit par le module en réponse aux irradiances en face supérieure Ai et en face inférieure Ar mesurées et un calcul des courants Ijg générés par lesdites jonctions empilées en fonction des caractéristiques physiques des cellules 1 et dudit courant initial, c. un calcul 110 d’une orientation théorique optimisée pour laquelle, connaissant les irradiances en face supérieure Ai et en face inférieure Ar mesurées, des courants générés et des caractéristiques physiques 20 des cellules 1 , on obtient une égalisation des courants théoriques Ijtmax des jonctions ce qui permet la maximisation des courants générés. d. un positionnement du panneau dans ladite orientation théorique dans le cas où un déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est supérieur à une valeur seuil dljmax ou un maintien de la position dudit module solaire en cas de différence de courant entre lesdits courants théoriques et lesdits courants générés inférieure à ladite valeur seuil.
[0055] Le choix de la valeur seuil ou son réglage peut se faire lors d’essais de mise en place du système pour conserver une stabilité de l’asservissement que constitue le procédé tout en offrant une précision suffisante. La valeur seuil choisie va notamment dépendre de la précision du système de suivi et des conditions d’illumination des panneaux. Une valeur seuil telle qu’un écart relatif de 10% voire 5% entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg peut être donnée en tant qu’ordre d’idée, cette valeur étant éventuellement affinée lors de la mise en service du système.
[0056] Le procédé peut s’appliquer à des modules seuls, des panneaux, regroupant un ou plusieurs modules et montés chacun sur un bâti ou plusieurs panneaux eux-mêmes regroupés sur un même bâti.
[0057] Les caractéristiques physiques des cellules nécessaires aux calculs comportent le rendement des différentes jonctions qui les composent en fonction de l’irradiance en lumière solaire et comportent la valeur de la bande interdite des matériaux absorbeurs des jonctions composant les cellules. Cette donnée correspond à la connaissance de la portion du spectre de la lumière attribuée à chaque jonction. Une caractéristique supplémentaire nécessaire pour les calculs est le rendement de chaque jonction dans sa propre bande spectrale. Des données supplémentaires, comme la réponse en température, le rendement pour différentes puissances d’illumination, peuvent être utilisées pour des calculs plus coûteux mais plus précis.
[0058] Pour le calcul du courant généré théorique dans une jonction, l’irradiance spectrale perçue, directement mesurée à l’aide des capteurs mentionnés plus haut, est convertie en flux de photons selon la formule: [Math. 1] «*> = '<« L
[0059] avec 0(A) le flux de photons spectral spectrale (W .m~2.nmr1), A la longueur d’onde (nm), h la constante de Planck (6.62 10-34/.s) et c la vitesse de la lumière (2.99 108 m.s-1).
[0060] Le flux de photons dans la zone spectrale restreinte de chaque jonction est ensuite converti en courant théorique selon la formule :
[Math. 2] [0061] Avec Ijtmax le courant théorique produit par la jonction j (A), q la charge élémentaire (1.60 10_19Æs), S la surface de la jonction (m2), et A;-(A) l’absorption spectrale de la jonction j (sans unités).
[0062] Aj(X) est l’absorption de la jonction j dans sa zone spectrale : elle peut être définie de manière plus ou moins élaborée en fonction du niveau de connaissance des jonctions et de leur efficacité.
[0063] Les irradiances étant dépendantes de l’orientation du module, l’inclinaison de départ du module peut être l’inclinaison issue d’un calcul de suivi solaire traditionnel.
[0064] Pour affiner le positionnement du module, lorsque le déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est inférieur à ladite valeur seuil dljmax, il peut être réalisé un balayage 140 de positions du module autour de la position théorique obtenue. Lors du balayage, une mesure 150 du courant produit par le module dans chacune desdites positions est alors réalisée pour permettre une étape 160 de placement du module dans la position maximisant le courant produit par le module.
[0065] Le procédé peut comporter une étape de test autorisant la mise en œuvre dudit algorithme que si un déséquilibre entre l’irradiance en face supérieure et l’irradiance en face inférieure du panneau est inférieure à un seuil D du fait qu’une trop grande différence entre de telles irradiances peut ne pas être compensable.
[0066] Afin d’éviter d’éventuels phénomènes d’ombrage, le procédé peut comporter préalablement à la mise en service du ou des panneaux, lors de l’implantation desdits panneaux, une ou plusieurs étapes préalables de choix du nombre de capteurs 220 et de leur positionnement 230 sur le ou les panneaux.
[0067] Un ou plusieurs capteurs supérieurs 13 et un ou plusieurs capteurs inférieurs 12 sont disposés respectivement sur ladite face supérieure et ladite face inférieure du panneau, le nombre et le positionnement des capteurs supérieurs et inférieurs sera adapté en fonction de conditions d’ombrage et d’uniformité de la lumière perçue sur et sous le panneau selon plusieurs inclinaisons du panneau, pour générer des données d’irradiance adaptées au calcul de ladite orientation théorique.
[0068] Le positionnement et le nombre de capteurs peut notamment être déterminé par des mesures d’irradiance en face supérieure 200 selon plusieurs positions angulaires du panneau notamment en azimut et par une mesure d’irradiance en face inférieure 210 toujours selon plusieurs positions angulaires du panneau. Ces mesures supposent toutefois l’installation de capteurs provisoires au préalable. Ces mesures peuvent être utilisées pour trouver le meilleur compromis entre ombrage et obtention de données nécessaire à l’algorithme déterminant l’orientation optimale du panneau.
[0069] Les étapes de positionnement 230 des capteurs de mesure d’irradiance peuvent notamment comporter un calcul 215 de positionnement des capteurs aux endroits subissant les variations d’irradiance les plus importantes avec exclusion des zones d’ombrage en fonction de l’orientation du panneau.
[0070] Les figures 6A à 6D donnent des exemples de réalisations de panneaux en vue du dessus comportant 15 modules 31 , 32, adaptés au procédé et équipés de capteurs 13.
[0071] En figure 6A est représenté un exemple de panneau 10c qui comporte trois rangées de cinq modules 31 , 32 et pour lequel les modules de chaque rangée sont raccordées en série par des liaisons 16 et les rangées sont raccordées en parallèle par des liaisons 17.
[0072] Ce panneau comporte une paire de capteurs avec un capteur 13a au- dessus du panneau, ici sur des modules 31 dans une zone centrale du panneau, et un capteur non visible sur la figure au-dessous du module. Ce mode de réalisation est le plus économique mais ne permet de mesurer les irradiances que dans la partie centrale du panneau, les modules 32 étant dépourvus de capteurs.
[0073] En figure 6B, le panneau 10d comporte deux paires de capteurs, selon l’axe de rotation Z du panneau sur des modules 31 sur des bords opposés du panneau, avec deux capteurs 13b au-dessus du panneau et deux capteurs au-dessous du panneau, non visibles sur la figure. Ce mode de réalisation permet de réduire l’ombrage causé par les capteurs en partie centrale du panneau du mode de réalisation de la figure 6A et améliore les mesures de variation d’irradiances associées au suivi en zénith (axe de rotation Z), que ce soit le seul axe de suivi ou non.
[0074] En figure 6C, le panneau comporte aussi deux paires de capteurs dont les capteurs 13c et des capteurs non représentés symétriques aux capteurs 13c par rapport au plan du panneau. Ces paires de capteurs sont cette fois disposées sur des modules 31 au niveau d’un axe central du panneau, perpendiculaire à l’axe de rotation R du panneau en azimut, sur deux bords du panneau. Cette disposition permet d’améliorer la mesure lors d’un suivi en azimut.
[0075] Enfin en figure 6D une solution à quatre paires de capteurs 13d sur des modules 31 aux coins du panneau 10f permet d’appréhender des variations tant en azimut selon l’axe R et en zénith selon l’axe Z. Cette solution offre une plus grande précision des mesures d’irradiance mais a un coût supérieur et nécessite un calculateur plus puissant.
[0076] Une solution avec capteurs 12’, 13’ à l’extérieur du cadre 14 comme représenté en figure 3B est aussi possible pour éliminer l’ombrage dû aux capteurs sur le panneau. [0077] Des exemples d’implantation de capteurs sur des panneaux multi modules sont donnés aux figures 7A à 7C où les panneaux regroupent par exemple 22 modules.
[0078] En figure 7A, les paires de capteurs dessus, dessous 1213 sont alignées le long d’un axe longitudinal R du panneau 10g et réparties entre les modules 31 , des modules 32 restant sans paires de capteurs.
[0079] La figure 7B propose un positionnement plus élaboré pour lequel les paires de capteurs 1213’ sont placées à des endroits subissant les variations d’irradiance les plus importantes en fonction de l’orientation du panneau 10h et sur certains modules 31. Comme en figure 7A, l’irradiance perçue sur les autres modules 32 peut être interpolée.
[0080] La figure 7C correspond à un mode de réalisation similaire à la figure 7B mais avec une résolution plus fine c’est à dire pour laquelle un nombre plus important de modules 31 sont équipés de paires de capteurs 1213.
[0081] Une solution similaire aux modes de réalisation des figures 6B, 6C, 6D, 7B et 7C pour laquelle les capteurs sont fixés sur un cadre d’un module ou plusieurs modules placés sur un bord du panneau est aussi possible selon le mode de réalisation de la figure 3B.
[0082] Les positions et nombre de capteurs peuvent être adaptés selon les conditions d’ombrage rencontrées lors de l’installation des panneaux pour l’exploitation d’une ferme solaire de même que les modules peuvent comporter un nombre différent de cellules 1 raccordées en série/parallèle.
[0083] L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée et notamment, les capteurs peuvent être disposés sur ou en périphérie des modules et/ou panneaux, , leur position étant adaptable selon les éventuelles conditions d’ombrage rencontrées.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de maximisation de courant produit par un panneau photovoltaïque (10a, 10b) comportant un ou plusieurs modules photovoltaïques bifaciaux (31, 32) lesdits modules comportant une pluralité de cellules (1) chacune pourvue d’au moins deux jonctions empilées et connectées en série, le panneau étant orientable et comportant un dispositif de pilotage de son orientation par rapport au soleil, caractérisé en ce que le procédé comporte au moins: a. une mesure (100) d’irradiance en face avant Ai sur une face supérieure photo active dudit panneau et une mesure d’irradiance en face arrière Ar sur une face inférieure photo active dudit panneau dans une orientation initiale dudit panneau, b. une mesure (105) du courant initial I produit par le panneau en réponse aux irradiances en face avant Ai et en face arrière Ar et un calcul des courants générés Ijg par lesdites jonctions empilées en fonction des caractéristiques physiques (20) des cellules, dudit courant initial et des irradiances en face avant et en face arrière, c. un calcul (110) d’une orientation théorique optimisée pour laquelle, connaissant lesdites irradiances Ai, Ar mesurées, les courants générés et les caractéristiques physiques (20) des cellules, une égalisation des courants théoriques Ijtmax des jonctions des cellules est obtenue, d. un positionnement du panneau dans ladite orientation théorique dans le cas où un déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est supérieur à une valeur seuil dljmax ou un maintien de la position dudit panneau en cas de différence de courant entre lesdits courants théoriques et lesdits courants générés inférieure à ladite valeur seuil.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 comportant, lorsque le déséquilibre entre lesdits courants théoriques Ijtmax et lesdits courants générés Ijg est inférieur à ladite valeur seuil dljmax, un balayage (140) de positions du panneau autour de la position théorique obtenue, une mesure (150) du courant produit par le panneau dans chacune desdites positions et une étape (160) de placement du panneau dans la position maximisant le courant produit par le panneau.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2 pour lequel, la mesure d’irradiance en face supérieure étant réalisée par un ou plusieurs capteurs supérieurs (13, 13’) du côté de ladite face supérieure du panneau et un ou plusieurs capteurs inférieurs (12, 12’) du côté de ladite face inférieure du panneau, ledit procédé comporte, des étapes préalables à une mise en service du panneau comportant une étape de choix du nombre de capteurs supérieurs et inférieurs (220) et une étape (230) de positionnement du ou des capteurs supérieurs (13) et inférieurs (12) en fonction de conditions d’ombrage et d’uniformité de lumière perçue au-dessus et au-dessous du panneau selon plusieurs inclinaisons du panneau (200, 210), en sorte de générer des données d’irradiance adaptées au calcul de ladite orientation théorique.
[Revendication 4] Procédé selon la revendication 3 pour lequel lesdites étapes préalables comportent un positionnement des capteurs aux endroits du panneau subissant les variations d’irradiance les plus importantes (215) hors ombrage en fonction de l’orientation du panneau.
[Revendication 5] Panneau photovoltaïque, configuré pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte un ou plusieurs modules photovoltaïques dont les cellules (1) sont des cellules bifaciales multi-jonctions dont les jonctions sont reliées en série (7, 7a, 7b).
[Revendication 6] Panneau selon la revendication 5 pour lequel les cellules des modules sont raccordées entre elles selon un réseau série/parallèle (16, 17).
[Revendication 7] Programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre de tout ou partie d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
[Revendication 8] Support d’enregistrement non transitoire, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré le programme de la revendication 7.
[Revendication 9] Dispositif de production d’énergie, comportant une pluralité de panneaux photovoltaïques qui comportent un ou plusieurs modules photovoltaïques selon les revendications 5 ou 6 associés à un ou plusieurs bâtis munis de systèmes de suivi solaire, au moins certains des panneaux comportant un ou plusieurs capteurs d’irradiance (12, 13) en face avant et en face arrière, le dispositif comportant en outre un calculateur (15) de suivi relié auxdits capteurs, ledit calculateur étant configuré pour exécuter le programme de la revendication 7 et piloter la position de ladite pluralité de panneaux photovoltaïques au moyen desdits systèmes de suivi en sorte d’équilibrer et maximiser les courants des jonctions des cellules issus de l’irradiance en face supérieure Ai et de l’irradiance en face inférieure Ar reçue par lesdits panneaux. [Revendication 10] Dispositif de production d’énergie selon la revendication 9, dans lequel lesdits capteurs sont associés par paires (1213, 1213’) de capteurs en face avant et en face arrière sur un ou plusieurs desdits panneaux et sont disposés selon des positions médianes (1213) sur lesdits panneau ou des positions périphériques (1213’, 12’, 13’) sur lesdits panneaux ou autour desdits panneaux.
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