Dispositif photovoltaïque amélioré L'invention a pour domaine celui des dispositifs photovoltaïques en vue de la production d'un courant alternatif apte à être injecté sur un réseau. Plus particulièrement, l'invention a pour domaine celui des dispositifs photovoltaïques à intégrer dans des installations de petites dimensions équipant par exemple les domiciles des particuliers. Pour inciter les particuliers à s'équiper d'installations solaires de production d'énergie, les pouvoirs publics ont fixé un prix de rachat élevé de l'énergie (en kWh) électrique produite au moyen d'une telle installation. Pour bénéficier de ces prix de rachat, l'installation photovoltaïque du particulier doit avoir une puissance crête (en kWc) inférieure ou égale à une puissance crête prédéfinie, valant actuellement en France, 3 kWc. La puissance crête d'une installation donne la puissance maximale que peut fournir une installation pour des conditions standard d'ensoleillement. Cette caractéristique permet de comparer différentes installations photovoltaïques entre elles, mais ne présage pas de la production annuelle d'énergie d'une installation par rapport à une autre, qui dépend des conditions réelles d'ensoleillement. Il y a donc un besoin pour des installations destinées aux particuliers respectant la contrainte de puissance crête en kWc imposée par les pouvoirs publics afin de bénéficier du prix de rachat du kWh, tout en maximisant la production annuelle d'énergie en nombre de kWh fournie au réseau. L'invention a donc pour but de proposer un dispositif photovoltaïque amélioré, ainsi qu'une installation photovoltaïque comportant un tel dispositif. Pour cela l'invention a pour objet un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comporte un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS apte à délivrer, entre deux bornes de sortie, un courant continu, et un moyen dédié de détermination du point maximal de puissance, le moyen de détermination du point maximal de puissance comportant deux bornes d'entrée connectées aux bornes de sortie dudit module et deux bornes de sorties constituant les bornes de sortie dudit dispositif, ledit moyen étant propre à déterminer, en temps réel, le point de fonctionnement de puissance maximale dudit module. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le dispositif comporte un cadre de support du module photovoltaïque ayant des moyens de fixation adaptés au maintien dudit moyen de détermination du point maximal de puissance ; - le dispositif comporte des moyens d'étanchéité permettant de rendre le dispositif utilisable en tant qu'élément de toiture. L'invention a également pour objet une installation photovoltaïque comportant un onduleur et une pluralité de dispositifs photovoltaïques, caractérisé en ce que chaque dispositif photovoltaïque est un dispositif photovoltaïque tel que mentionné ci-dessus, les bornes de sorties des différents dispositifs étant connectées aux bornes d'entrée de l'onduleur. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'installation comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'onduleur comporte uniquement des moyens de conversion du courant continu appliqué entre ses bornes d'entrée, en un courant alternatif adapté pour être injecté sur un réseau ; et - les différents dispositifs photovoltaïques sont connectés en série aux bornes d'entrée de l'onduleur de l'installation. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif ressortiront plus clairement de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du montage électrique d'une installation photovoltaïque ; - la figure 2 est une vue schématique, en perspective, d'un dispositif photovoltaïque de l'installation de la figure 1 ; et, - la figure 3 est une coupe, selon la ligne III-III, du dispositif de la figure 2. En se référant à la figure 1, l'installation photovoltaïque 1 comporte N dispositifs photovoltaïques 3 et un onduleur 5. Un dispositif 3 comporte deux bornes de sortie 7 et 9. L'onduleur 5 présente deux bornes d'entrée 11 et 13 et deux bornes de sortie 15 et 17. Les N dispositifs 3 de l'installation 1 sont connectés, en série, les uns aux autres, entre les bornes d'entrée 11 et 13 de l'onduleur 5. Le courant continu DC, généré par les différents dispositifs 3, est ainsi appliqué en entrée de l'onduleur 5. Du côté de sa sortie, l'onduleur 5 est raccordé électriquement à un réseau 19 auquel l'onduleur 5 délivre un courant alternatif ayant des caractéristiques adaptées. L'onduleur 5 comporte uniquement des moyens de conversion permettant de transformer le courant continu appliqué en entrée, en un courant alternatif en sortie. Improved photovoltaic device The field of the invention is that of photovoltaic devices in order to produce an alternating current that can be injected on a network. More particularly, the invention is in the field of photovoltaic devices to be integrated into small-sized installations equipping for example the homes of individuals. To encourage individuals to purchase solar power generation facilities, the government has set a high buy-back price for the energy (in kWh) generated by such an installation. To benefit from these repurchase prices, the photovoltaic installation of the individual must have a peak power (in kWp) lower or equal to a predefined peak power, currently worth in France, 3 kWp. The peak power of an installation gives the maximum power that an installation can provide for standard sunshine conditions. This characteristic makes it possible to compare different photovoltaic installations with each other, but does not presage the annual energy production of one installation compared to another, which depends on the actual conditions of sunshine. There is therefore a need for facilities for individuals meeting the peak power requirement in kWp imposed by the public authorities in order to benefit from the purchase price of the kWh, while maximizing the annual energy production in the number of kWh supplied to the network. The invention therefore aims to provide an improved photovoltaic device, as well as a photovoltaic installation comprising such a device. For this purpose, the subject of the invention is a photovoltaic device, characterized in that it comprises a photovoltaic module of the CIGS thin-film type capable of delivering, between two output terminals, a direct current, and a dedicated means for determining the maximum power point, the means for determining the maximum power point comprising two input terminals connected to the output terminals of said module and two output terminals constituting the output terminals of said device, said means being able to determine, in real time , the maximum power operating point of said module. According to particular embodiments, the device comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination: the device comprises a support frame of the photovoltaic module having fixing means adapted to maintain said determination means the maximum power point; the device comprises sealing means making it possible to make the device usable as a roof element. The invention also relates to a photovoltaic installation comprising an inverter and a plurality of photovoltaic devices, characterized in that each photovoltaic device is a photovoltaic device as mentioned above, the output terminals of the various devices being connected to the terminals of the photovoltaic device. input of the inverter. According to particular embodiments, the installation comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination: the inverter comprises only DC conversion means applied between its input terminals, an alternating current adapted to be injected on a network; and the different photovoltaic devices are connected in series to the input terminals of the inverter of the installation. Other features and advantages of the device will become more clearly apparent from the detailed description which follows, given for information only and in no way limitative, and with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic representation of the electrical installation of FIG. a photovoltaic installation; - Figure 2 is a schematic perspective view of a photovoltaic device of the installation of Figure 1; and FIG. 3 is a section along the line III-III of the device of FIG. 2. Referring to FIG. 1, the photovoltaic installation 1 comprises N photovoltaic devices 3 and an inverter 5. A device 3 has two output terminals 7 and 9. The inverter 5 has two input terminals 11 and 13 and two output terminals 15 and 17. The N devices 3 of the plant 1 are connected, in series, to each other between the input terminals 11 and 13 of the inverter 5. The direct current DC, generated by the different devices 3, is thus applied to the input of the inverter 5. On the output side, the inverter 5 is electrically connected to a network 19 to which the inverter 5 delivers an alternating current having suitable characteristics. The inverter 5 comprises only conversion means for transforming the direct current applied to the input into an alternating current at the output.
Un dispositif photovoltaïque 3 comporte un module photovoltaïque 21 auquel est associé un moyen 23 dédié de détermination du point maximale de puissance du module 21. Le module 21 est du type à couche mince de CIGS. Il s'agit d'un stratifié comportant un substrat en verre d'environ 4 mm d'épaisseur, sur lequel est déposée une couche mince ou film de CIGS de quelques micromètres d'épaisseur, elle-même recouverte d'une couche de protection, en verre, d'environ 3 mm d'épaisseur. La couche de protection constitue la face extérieure du module 21, face destinée à être exposée à la lumière solaire. A photovoltaic device 3 comprises a photovoltaic module 21 which is associated with a dedicated means 23 for determining the maximum power point of the module 21. The module 21 is of the thin film type of CIGS. This is a laminate comprising a glass substrate approximately 4 mm thick, on which is deposited a thin layer or film of CIGS a few microns thick, itself covered with a protective layer , made of glass, about 3 mm thick. The protective layer constitutes the outer face of the module 21, face intended to be exposed to sunlight.
Le CIGS est un matériau poly-cristallin comportant du Cuivre, de l'Indium, du Galium et du Sélénium. Un film de CIGS est par exemple réalisé par déposition en phase gazeuse d'un mélange, sur le substrat en verre. Le film est subdivisé en plusieurs cellules fonctionnant en autant de pile apte à produire un courant continu entre les bornes de sortie 25 et 27 du modules 21. Un tel module photovoltaïque présente un coût abordable, même pour un particulier, car il ne nécessite pas l'utilisation d'un substrat en silicium, matériau dont les coûts deviennent élevés. Le moyen 23 est une carte électronique 29 propre à mettre en oeuvre un algorithme de recherche du point maximal de puissance du module 21 auquel la carte 29 est associée. Les bornes de sortie 25 et 27 du module 21 sont connectées à deux bornes d'entrée 31 et 33 de la carte. Les bornes de sortie de la carte constituent les bornes de sortie 7 et 9 du dispositif 3. CIGS is a polycrystalline material comprising copper, indium, galium and selenium. A CIGS film is for example made by gas phase deposition of a mixture on the glass substrate. The film is subdivided into a plurality of cells operating in as many cells able to produce a direct current between the output terminals 25 and 27 of the modules 21. Such a photovoltaic module presents an affordable cost, even for an individual, because it does not require use of a silicon substrate, material whose costs become high. The means 23 is an electronic card 29 able to implement a search algorithm of the maximum power point of the module 21 to which the card 29 is associated. The output terminals 25 and 27 of the module 21 are connected to two input terminals 31 and 33 of the card. The output terminals of the card constitute the output terminals 7 and 9 of the device 3.
La carte 29 met par exemple en oeuvre l'algorithme suivant. Pour une première tension U1 maintenue constante entre les bornes d'entrée 31 et 33, un moyen 35 de mesure du courant électrique délivré par le module 21 permet le calcul d'une première puissance P1 délivrée par le module 21. Puis, une seconde tension U2 est maintenue entre les bornes d'entrée 31 et 33 de la carte 29. Cette seconde tension U2 est égale à la première tension U1 augmentée d'une variation de tension prédéterminée AU. Le moyen 35 de mesure du courant permet le calcul d'une seconde puissance P2. Puis, un moyen 37 de comparaison compare la seconde puissance P2 à la première puissance P1. Si la seconde puissance P2 est supérieure à la première puissance P1, la valeur de la seconde tension U2 est prise comme valeur de la première tension U1. L'algorithme est ensuite itéré avec le test d'une valeur plus importante de la tension. En revanche, si la seconde puissance P2 est inférieure à la première puissance P1, la tension U1 est inchangée. Une seconde tension U2' est maintenue entre les bornes d'entrée 31 et 33 de la carte 29. Cette seconde tension U2' est égale à la première tension U1 diminuée de la variation de tension prédéterminée AU. Le moyen 35 de mesure du courant permet le calcul d'une seconde puissance P2'. Si le moyen 37 détermine que la seconde puissance P2' est supérieure à la première puissance P1, la valeur de la seconde tension U2' est prise comme valeur de la première tension U1. L'algorithme est ensuite itéré avec le test d'une valeur plus petite de la tension jusqu'à ce que la condition précédente ne soit plus vérifiée. Dans ce cas, l'algorithme est itéré avec le test d'une valeur plus importante de la tension. L'algorithme est itéré à une fréquence élevée, par exemple toute les secondes, pour pouvoir tenir compte, en temps réel, de l'évolution instantanée de la puissance que le module peut fournir, par exemple alors qu'une ombre projetée momentanément sur le module 21 conduit à une diminution de la puissance que celui-ci est capable de fournir. Ainsi, à chaque instant du fonctionnement de l'installation, chacun des N dispositifs 3 délivre la puissance instantanée maximale qu'il est capable de fournir compte tenu des caractéristiques intrinsèques du module 21, des conditions réelles instantanées d'ensoleillement du module 21, etc. En conséquence, la tension et le courant fournis par les différents dispositifs 3 aux bornes de l'onduleur 5 correspondent à la puissance maximale que l'installation 1 peut délivrer. L'onduleur 5 utilisé peut ainsi être un onduleur standard n'offrant que la fonctionnalité de convertisseur courant continu / courant alternatif. La figure 2 représente en perspective un dispositif 3, et la figure 3 représente une coupe transversale du dispositif 3 de la figure 2. Le module 21 est maintenu dans un cadre 40 rectangulaire comportant quatre montants latéraux 44 à 47. The card 29 implements, for example, the following algorithm. For a first voltage U1 kept constant between the input terminals 31 and 33, a means 35 for measuring the electric current delivered by the module 21 allows the calculation of a first power P1 delivered by the module 21. Then, a second voltage U2 is maintained between the input terminals 31 and 33 of the card 29. This second voltage U2 is equal to the first voltage U1 plus a predetermined voltage variation AU. The means 35 for measuring the current makes it possible to calculate a second power P2. Then, a comparison means 37 compares the second power P2 with the first power P1. If the second power P2 is greater than the first power P1, the value of the second voltage U2 is taken as the value of the first voltage U1. The algorithm is then iterated with the test of a larger value of the voltage. On the other hand, if the second power P2 is lower than the first power P1, the voltage U1 is unchanged. A second voltage U2 'is maintained between the input terminals 31 and 33 of the card 29. This second voltage U2' is equal to the first voltage U1 minus the predetermined voltage variation AU. The means 35 for measuring the current makes it possible to calculate a second power P2 '. If the means 37 determines that the second power P2 'is greater than the first power P1, the value of the second voltage U2' is taken as the value of the first voltage U1. The algorithm is then iterated with the test of a smaller value of the voltage until the previous condition is no longer verified. In this case, the algorithm is iterated with the test of a larger value of the voltage. The algorithm is iterated at a high frequency, for example every second, to take into account, in real time, the instantaneous evolution of the power that the module can provide, for example while a shadow projected momentarily on the module 21 leads to a decrease in the power that it is able to provide. Thus, at each instant of the operation of the installation, each of the N devices 3 delivers the maximum instantaneous power that it is capable of providing, taking into account the intrinsic characteristics of the module 21, the actual instantaneous conditions of irradiation of the module 21, and so on. . Consequently, the voltage and the current supplied by the different devices 3 at the terminals of the inverter 5 correspond to the maximum power that the installation 1 can deliver. The inverter 5 used can thus be a standard inverter offering only the DC / AC converter functionality. FIG. 2 represents in perspective a device 3, and FIG. 3 represents a cross section of the device 3 of FIG. 2. The module 21 is held in a rectangular frame 40 comprising four lateral uprights 44 to 47.
Chaque montant est un profilé réalisé par exemple en aluminium. Comme cela est représenté sur la figure 3, un montant a une section adaptée pour maintenir le module 21 plaqué contre une pluralité d'entretoises 51 de support à section carrée, disposées transversalement et s'étendant du montant 45 au montant opposé 47. Pour se faire, la section d'un montant comporte une rainure 53 dont les dimensions sont adaptées pour recevoir intérieurement le bord du module 21 et les extrémités des différentes entretoises 51. Each amount is a profile made for example of aluminum. As shown in FIG. 3, an upright has a section adapted to hold the module 21 pressed against a plurality of square section support struts 51, arranged transversely and extending from the upright 45 to the opposite upright 47. the section of a post comprises a groove 53 whose dimensions are adapted to internally receive the edge of the module 21 and the ends of the different spacers 51.
Avantageusement, un joint en caoutchouc 55 garni la rainure 53 et vient en appui contre la face extérieure du module 21 de manière à rendre le dispositif 3 étanche. Dans ce cas, le dispositif 3 peut constituer un élément de toiture apte à être intégré dans la toiture d'un bâtiment, de préférence une maison d'habitation. Advantageously, a rubber seal 55 filled groove 53 and bears against the outer face of the module 21 so as to make the device 3 tight. In this case, the device 3 may constitute a roof element adapted to be integrated into the roof of a building, preferably a dwelling house.
Comme cela est représenté sur la figure 3, la carte 29 est disposée dans l'espace 57 délimité intérieurement par le cadre 40, à l'arrière du module 21. Avantageusement, la carte 29 est placée dans un boîtier 59 fixé à l'un des montants du cadre, par exemple le montant 45. Le boîtier permet d'isoler électriquement la carte de l'environnement. Le montant 45 comporte un moyen de fixation de la carte. Le rebord arrière 61 du montant 45 est replié à 90° vers l'intérieur du cadre 40. Ce rebord 61 porte une patte 63 en forme de « L ». Le boîtier 59 est maintenu entre le rebord 61 et la patte 63. Des moyens de serrage adaptés, tels qu'une vis 65, permettent de rapprocher la patte 63 du rebord 61 de manière à serrer le boîtier 59 pour le maintenir en position. Les bornes d'entrée 31 et 33 et de sortie 7 et 9 de la carte 29 sont facilement accessibles depuis l'arrière du cadre 40 pour la maintenance. Un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS présente un rendement crête plus faible que celui, par exemple, d'un module photovoltaïque polycristallin. En revanche, un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS présente l'avantage de conserver un rendement relativement important hors des conditions standard d'ensoleillement, et ceci contrairement à un module photovoltaïque poly-cristallin dont le rendement chute brutalement hors des conditions standard d'ensoleillement. Aussi, un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS permet-il une production annuelle d'énergie supérieure à celle d'un module poly-cristallin, de l'ordre de 10% à surface active identique. As shown in FIG. 3, the card 29 is disposed in the space 57 delimited internally by the frame 40, at the rear of the module 21. Advantageously, the card 29 is placed in a housing 59 fixed to one amounts of the frame, for example the amount 45. The housing allows to electrically isolate the environment card. The amount 45 comprises means for fixing the card. The rear flange 61 of the upright 45 is folded at 90 ° towards the inside of the frame 40. This rim 61 carries a tab 63 in the shape of an "L". The housing 59 is held between the flange 61 and the lug 63. Suitable clamping means, such as a screw 65, allow to bring the tab 63 of the flange 61 so as to tighten the housing 59 to keep it in position. The input terminals 31 and 33 and output 7 and 9 of the card 29 are easily accessible from the rear of the frame 40 for maintenance. A thin film type photovoltaic module of CIGS has a lower peak efficiency than, for example, a polycrystalline photovoltaic module. On the other hand, a photovoltaic module of the thin-film type of CIGS has the advantage of keeping a relatively high yield out of the standard sunshine conditions, and this in contrast to a polycrystalline photovoltaic module whose output drops sharply out of standard conditions. sunshine. Also, a photovoltaic module of the thin film type of CIGS allows annual energy production higher than that of a poly-crystalline module, of the order of 10% identical active surface.
Un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS présentant une puissance crête plus faible, il est nécessaire d'augmenter le nombre de modules photovoltaïques du type à couche mince de CIGS dans une installation pour que celle-ci atteigne les 3 kWc. Par exemple, pour avoir une puissance crête de 3 kWc, une installation doit comporter 34 modules photovoltaïques du type à couche mince de CIGS couvrant une surface active de 26 m2 , là où il fallait auparavant 12 modules polycristallins couvrant une surface active de 20 m2. Ceci présente les deux désavantages suivants : Lorsqu'une installation comporte N modules, l'onduleur travaille à un point de fonctionnement en tension et en courant qui ne correspond pas à la puissance instantanée maximale que pourrait fournir l'installation. De nombreuses pertes interviennent du fait de la disparité des points de fonctionnement instantanés de chacun des modules. Ces pertes augmentent lorsque le nombre de modules de l'installation augmente. Par ailleurs, l'accroissement de la surface active de l'installation peut empêcher un particulier de s'équiper de la technologie CIGS, la surface de la toiture de son habitation ou de son jardin ne pouvant pas permettre d'y déployer une telle installation. C'est pourquoi, prend tout son sens l'association à un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS, un moyen dédié de détermination du point maximal de puissance. En effet, le moyen de détermination du point maximal de puissance permet d'augmenter d'environ 10% la production annuelle d'énergie d'un module photovoltaïque du type à couche mince de CIGS. Cette association permet ainsi de compenser largement par une augmentation du rendement énergétique annuel de chacun des modules de l'installation, la réduction du nombre de modules et/ou de la surface active de l'installation qui bien que présentant une puissance crête en dessous des 3 kWc, a un rendement énergétique supérieure à celui d'une installation de l'art antérieur de 3 kWc, pour une surface active identique. Since a CIGS thin-film type photovoltaic module has a lower peak power, it is necessary to increase the number of thin-film type photovoltaic modules of CIGS in an installation so that it reaches 3 kWp. For example, to have a peak power of 3 kWp, an installation must have 34 CIGS type thin-film photovoltaic modules covering an active area of 26 m2, where previously 12 polycrystalline modules covering an active area of 20 m2 were required. This has the following two disadvantages: When an installation has N modules, the inverter operates at a point of voltage and current operation that does not correspond to the maximum instantaneous power that could be provided by the installation. Many losses occur because of the disparity of the instantaneous operating points of each of the modules. These losses increase as the number of modules in the installation increases. In addition, the increase in the active surface area of the installation may prevent an individual from acquiring CIGS technology, since the roof surface of his house or garden can not be used to deploy such an installation. . That's why the combination with a CIGS thin-film type photovoltaic module makes sense, a dedicated means of determining the maximum power point. Indeed, the means for determining the maximum power point makes it possible to increase by about 10% the annual energy output of a thin film type photovoltaic module of CIGS. This combination thus makes it possible to compensate largely by increasing the annual energy efficiency of each of the modules of the installation, reducing the number of modules and / or the active surface of the installation which, although having a peak power below 3 kWp, has an energy efficiency higher than that of a prior art installation of 3 kWp, for an identical active surface.