FR2965626A1 - Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique - Google Patents
Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique Download PDFInfo
- Publication number
- FR2965626A1 FR2965626A1 FR1057916A FR1057916A FR2965626A1 FR 2965626 A1 FR2965626 A1 FR 2965626A1 FR 1057916 A FR1057916 A FR 1057916A FR 1057916 A FR1057916 A FR 1057916A FR 2965626 A1 FR2965626 A1 FR 2965626A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- photovoltaic
- switch
- photovoltaic device
- management system
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 12
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 27
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 206010014405 Electrocution Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
- H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux interrupteurs (21, 22 ; 31, 32 ; 41, 42) et une alimentation électrique (29 ; 39 ; 49) aptes à former un premier moyen de mise en sécurité du dispositif photovoltaïque et un second moyen de passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement du dispositif photovoltaïque pour permettre le tracé d'une courbe d'évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque.
Description
L'invention concerne un système de gestion pour dispositif photovoltaïque. Elle concerne aussi un dispositif photovoltaïque comprenant un tel système de gestion.
Les dispositifs de génération d'énergie à partir de sources intermittentes, comme les dispositifs photovoltaïques, qui regroupent plusieurs modules photovoltaïques, sont de plus en plus utilisés. Dans ce cadre, il existe un besoin croissant d'amélioration de la gestion de ces générations d'énergie, afin d'optimiser la production d'énergie, de minimiser l'entretien des dispositifs, de garantir une sécurité accrue, et finalement de diminuer le coût de production. Ce dernier dépend notamment de l'autonomie et de la capacité de ces dispositifs de génération d'énergie tels les dispositifs photovoltaïques à diagnostiquer leur défaillance, si possible en temps réel. Les dispositifs existants ne sont pas conçus pour une réaction rapide en cas de défaillance, même quand leur production devient anormalement basse. Pour cette raison, ils nécessitent des opérations de maintenance complexes et coûteuses.
Le document US2008/0147335 décrit une solution reposant sur des moyens de jonction intelligents entre des modules photovoltaïques, remplissant différentes fonctions de gestion, de suivi, incluant par exemple la mesure de certaines grandeurs électriques et la détection d'arcs électriques. Une telle solution apporte ainsi une amélioration aux centrales de production photovoltaïque existantes mais reste toutefois largement insuffisante.
Ainsi, un objet général de l'invention est de proposer une solution améliorée de gestion d'un dispositif photovoltaïque.
Plus précisément, un premier objet de l'invention consiste à définir une solution qui permet la mise en place d'un diagnostic d'un dispositif photovoltaïque, permettant notamment de détecter sa défaillance.
Un second objet de l'invention consiste à définir une solution qui permet d'augmenter la sécurité d'un dispositif photovoltaïque.
A cet effet, l'invention porte sur un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux interrupteurs et une alimentation électrique aptes à former un premier moyen de mise en sécurité du dispositif photovoltaïque et un second moyen de passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement du dispositif photovoltaïque pour permettre le tracé d'une courbe d'évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque.
L'alimentation électrique peut être montée en parallèle.
Le système de gestion peut comprendre un élément permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique. Cet élément permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique peut être une diode.
Le système de gestion pour un dispositif photovoltaïque peut comprendre un premier interrupteur en série et un second interrupteur en parallèle. Le second interrupteur monté en parallèle peut se trouver en aval du premier interrupteur.
Le système de gestion pour un dispositif photovoltaïque peut comprendre un relais dont une position de travail permet de mettre le système de gestion en mode de fonctionnement normal et dont une position de repos permet de mettre le système de gestion en mode de sécurité.
Le système de gestion pour un dispositif photovoltaïque peut comprendre un premier interrupteur disposé en série et un second interrupteur disposé en parallèle, sur une liaison parallèle disposée en amont du premier interrupteur.
En variante, le système de gestion pour un dispositif photovoltaïque peut comprendre deux interrupteurs montés sur deux liaisons parallèles distinctes. Le premier interrupteur peut être un relais pouvant occuper une position de repos correspondant à la mise en court-circuit d'un dispositif photovoltaïque et une position de travail permettant de mettre le système de gestion en mode de fonctionnement normal.
L'invention porte aussi sur une boite de jonction pour module photovoltaïque, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque tel que décrit précédemment.
L'invention porte aussi sur une installation photovoltaïque, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque tel que décrit précédemment.
L'invention porte aussi sur un procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque à partir d'un système de gestion tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les deux étapes suivantes : - mise en sécurité du dispositif photovoltaïque - tracé d'une courbe d'évolution de la tension U lors d'un passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 illustre schématiquement un circuit électrique équivalent à une cellule photovoltaïque. La figure 2 représente la courbe tension-intensité obtenue aux bornes de différentes cellules photovoltaïques.
La figure 3 représente schématiquement le circuit électrique de deux 15 cellules photovoltaïques en série dont l'une est défectueuse.
Les figures 4 et 5 représentent respectivement deux méthodes différentes de diagnostic d'un générateur photovoltaïque à partir des courbes d'évolution de la tension en fonction du temps aux bornes d'un générateur 20 photovoltaïque normal et défectueux.
La figure 6 représente des courbes tension-intensité obtenues aux bornes d'un générateur photovoltaïque selon différents scenarii.
25 La figure 7 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon un premier mode d'exécution de l'invention.
La figure 8 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon une variante du premier mode d'exécution de l'invention. 30 La figure 9 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon un second mode d'exécution de l'invention.
La figure 10 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon un troisième mode d'exécution de l'invention.
La figure 11 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon une variante du troisième mode d'exécution de l'invention.
La gestion classique des dispositifs photovoltaïques consiste à observer leur comportement au niveau des systèmes reliés à ces dispositifs, par exemple en mesurant la charge d'une batterie reliée au dispositif ou en mesurant la production électrique obtenue sur un réseau électrique auquel est relié le dispositif. En cas de mesure plus basse que la valeur attendue, il est conclu à une défaillance du dispositif photovoltaïque. Une telle gestion classique présente l'inconvénient d'être imprécise. En effet, elle ne permet pas de faire la distinction entre une baisse normale de production causée par des ombrages ou des conditions météorologiques particulières avec une réelle défaillance du dispositif. De plus, elle ne permet pas de différencier différentes défaillances du dispositif comme une augmentation de la résistance du câblage, par exemple suite à un défaut de connectique ou un arc électrique dans le dispositif, ou une détérioration de la face avant du générateur photovoltaïque, par exemple suite à une délamination ou à de la corrosion, à un ombrage ou à une salissure.
Une solution repose sur l'analyse de l'évolution de la tension d'un générateur photovoltaïque lors de son passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode de fonctionnement en circuit ouvert ou réciproquement. Cette évolution peut être observée par la courbe de la tension en fonction du temps ou par l'analyse de la courbe représentant l'intensité en fonction de la tension au niveau du générateur photovoltaïque lors de ce changement de mode.
Le passage du fonctionnement en court-circuit à un mode de fonctionnement en circuit ouvert nécessite une commande particulière d'un interrupteur, dont le temps d'ouverture doit être suffisamment lent pour permettre la mesure de nombreux points de valeurs de tension et/ou d'intensité, plus lent que la durée habituelle, et suffisamment rapide pour ne pas perturber l'onduleur et le reste du réseau électrique auquel est relié le dispositif photovoltaïque.
Pour cela, un interrupteur équipé d'un dispositif de commande qui permet d'atteindre une durée d'ouverture représentant un bon compromis pour répondre aux contraintes précédentes peut être utilisé. En préambule à la description d'un mode d'exécution du dispositif de gestion selon l'invention, le principe de détection de la défaillance d'un dispositif photovoltaïque va être détaillé ci-dessous.
20 Une cellule photovoltaïque se comporte selon un circuit électrique tel que représenté schématiquement sur la figure 1. Elle fournit un courant 1 et une tension U sur ses bornes AB de sortie.
La figure 2 représente la courbe de l'intensité 1 en fonction de la tension U 25 obtenue aux bornes de différentes cellules photovoltaïques. Les courbes 1 et 2 illustrent le cas de cellules photovoltaïques en fonctionnement normal, c'est-à-dire non défectueuses. La courbe 3 illustre la situation d'une cellule photovoltaïque recevant une irradiation insuffisante ou nulle, dite cellule défectueuse. Dans le cas où le courant fourni par un générateur 30 photovoltaïque, qui comprend plusieurs de ces cellules photovoltaïques,15 s'élève à une valeur IPv, les cellules photovoltaïques en position de fonctionnement normal vont présenter une tension U1, U2 positive à leurs bornes alors qu'une cellule défaillante présentera une tension U3 négative.
La figure 3 illustre schématiquement la représentation électrique d'une cellule en fonctionnement normal placée en série avec une cellule défaillante, dont la tension U' est opposée à la tension U de la cellule en état normal de fonctionnement. Dans une cellule photovoltaïque défectueuse, sa capacité C' est chargée négativement, sa tension opposée peut atteindre plus de 20 fois la valeur de la tension nominale de la cellule et son courant maximal est plus faible que celui d'une autre cellule. Dans le cas de l'ouverture du circuit relié à une telle cellule défectueuse, la tension de la cellule défectueuse va mettre un temps beaucoup plus long que celui d'une cellule normale pour atteindre une valeur nominale positive. Ce temps peut être de l'ordre de 20 à 100 fois plus long.
Ainsi, le phénomène précédent est exploité pour élaborer, selon la 20 réponse d'un générateur photovoltaïque lors de son passage d'un mode de court-circuit à circuit ouvert, un diagnostic de son fonctionnement.
Les figures 4 et 5 représentent des courbes 15, 16 d'évolution de la tension U en fonction du temps t aux bornes d'un générateur 25 photovoltaïque lors de son passage de court-circuit à circuit ouvert, respectivement dans le cas d'un fonctionnement normal et dans le cas d'un fonctionnement défectueux. La courbe normale 15 montre que la tension U converge finalement vers une tension maximale Uco. La courbe 16 montre que la tension d'un générateur défectueux augmente beaucoup 30 moins vite.
Ainsi, une première méthode de diagnostic de l'état du générateur photovoltaïque, représentée sur la figure 4, consiste à observer le temps nécessaire pour atteindre une tension Uf représentant un pourcentage prédéfini de la tension maximale Uco, par exemple 95°/O. Dans le cas du générateur en fonctionnement normal, la valeur finale prédéfinie Uf est atteinte au bout d'un temps normal tn. Dans le cas du générateur défectueux, la valeur finale prédéfinie Uf est atteinte au bout d'un temps plus long td. Ainsi, la comparaison des temps td et tn permet un diagnostic de l'état du générateur photovoltaïque.
Une seconde méthode, représentée sur la figure 5, consiste à mesurer la tension obtenue pour un temps prédéfini tf. Dans le cas du générateur en fonctionnement normal, une valeur normale Un est atteinte au bout du temps tf. Dans le cas du générateur défectueux, une valeur finale inférieure Ud est atteinte au bout du temps tf. Ainsi, la comparaison des tensions Un et Ud permet un diagnostic de l'état du générateur photovoltaïque.
La figure 6 illustre trois courbes U(I) 4, 5, 6 obtenues selon respectivement trois scenarii différents lorsqu'un générateur photovoltaïque passe d'une situation en court-circuit à une situation en circuit ouvert. Chaque courbe U(I) est la somme des courbes U(I) de chacune des cellules photovoltaïques composant le générateur photovoltaïque. Des courbes équivalentes seraient obtenues pour un passage d'une situation en circuit ouvert à une situation en court-circuit.
La courbe 4 représente un générateur photovoltaïque dans lequel toutes les cellules photovoltaïques sont en bon état de fonctionnement. A l'ouverture du circuit, l'intensité va atteindre une valeur nulle alors que la tension atteindra une valeur maximale Uco au bout d'un temps relativement court. La courbe 5 représente la même courbe obtenue dans le cas d'un générateur comprenant au moins une cellule photovoltaïque défectueuse. Cette courbe présente un décrochement 7 au cours duquel l'intensité chute plus rapidement alors que la tension augmente peu. La courbe 6 illustre un autre exemple dans lequel la courbe présente deux décrochements 8, 9, qui indiquent la présence d'au moins deux cellules photovoltaïques défectueuses. Dans tous les cas, la même valeur de tension Uco est finalement atteinte, après un temps toutefois beaucoup plus long dans le cas des courbes 5, 6 pour les générateurs présentant au moins une cellule défaillante comme cela a été explicité ci-dessus. Ces exemples permettent d'illustrer plusieurs situations et enseignent que les courbes U(I) permettent d'obtenir les diagnostics suivants : - i1 y a autant de défauts dans le dispositif que de décrochements 7, 8,9; - plus le décrochement est important, plus la défaillance est importante.
Les explications précédentes vont maintenant être exploitées dans un dispositif de gestion d'un module photovoltaïque, dont plusieurs modes d'exécution sont représentés sur les figures 7 à 11.
L'invention repose sur un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, qui met en oeuvre plusieurs fonctions de gestion d'un dispositif photovoltaïque, incluant notamment sa mise en sécurité et son passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement pour permettre le tracé d'une évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque, de manière simple et performante. Avantageusement, ce système de gestion se présente sous la forme d'un seul dispositif, intégré dans un boîtier de faible encombrement. Selon le mode d'exécution de l'invention, un tel système de gestion est prévu pour chaque module photovoltaïque d'un dispositif photovoltaïque, et est intégré dans la boîte de jonction de chaque module photovoltaïque. Pour mettre en oeuvre les fonctions de gestion recherchées, le système de gestion comprend deux interrupteurs et sa propre alimentation électrique.
La figure 7 représente un premier mode d'exécution de l'invention. Un dispositif de gestion 20, qui est donc intégré dans la boîte de jonction d'un module photovoltaïque 10, est connecté aux bornes A-B du module photovoltaïque 10. En aval, toute charge non représentée peut être connectée sur ses bornes de sortie C-D, par l'intermédiaire d'un onduleur par exemple qui permet la liaison du module à un réseau de distribution électrique conventionnelle.
Le dispositif de gestion 20 selon ce premier mode d'exécution comprend un premier interrupteur 21 monté sur la liaison électrique reliant les bornes A et C et disposé en série par rapport au circuit formé par le module photovoltaïque et une charge qui serait connectée aux bornes de sortie C et D. Il comprend de plus un second interrupteur 22 monté en parallèle du module photovoltaïque, sur une liaison 25 reliant les deux liaisons électriques AC et BD en aval du premier interrupteur 21. Ce positionnement aval du second interrupteur est préférable à la situation inverse dans laquelle le premier interrupteur 21 en série serait soumis à des contraintes en tension. Dans sa configuration de fonctionnement normal, le premier interrupteur 21 est en position fermée et le second interrupteur 22 en position ouverte, ce qui permet au dispositif de gestion 20 de transmettre une tension produite par le module photovoltaïque 10 sur ses bornes de sortie CD.30 De plus, le dispositif de gestion 20 comprend une alimentation électrique 29, montée en parallèle du module photovoltaïque 20 en amont des deux interrupteurs 22. Ce positionnement amont lui permet un fonctionnement optimal, notamment lorsque les interrupteurs sont fermés pour provoquer une situation de court-circuit. Cette alimentation électrique permet de subvenir aux besoins du dispositif de gestion 20, pour assurer son fonctionnement dans toutes les configurations, notamment pour l'actionnement des deux interrupteurs 21, 22 explicités ci-dessus. En remarque, les besoins énergétiques du dispositif de gestion seront en grande majorité couverts par le module photovoltaïque 10 lui-même. En effet, la source de tension provenant du module photovoltaïque reste presque toujours disponible, dans toutes ses configurations, car le module photovoltaïque se trouve soit dans la configuration de production normale, aussi appelée MPP en référence à sa dénomination anglo-saxonne de « Maximum Power Point », soit en circuit ouvert. Il n'y a que dans la phase transitoire lors de la mise en oeuvre du tracé de la courbe U(I) que cette tension n'est pas disponible. Pour surmonter cette situation, l'alimentation électrique 29 choisie est une alimentation robuste à une absence de tension de quelques millisecondes.
Outre les éléments mentionnés précédemment, le dispositif de gestion 20 comprend un microprocesseur qui met en oeuvre des procédés pour remplir les fonctions de gestion qui seront détaillées par la suite, une mémoire pour stocker certaines données mesurées et échangées avec l'extérieur, un module de communication, notamment pour transférer les résultats de ses fonctions de gestion, et des moyens de mesure, comme la mesure de la tension et du courant aux bornes du module photovoltaïque 10.30 Le dispositif de gestion 20 permet de remplir une première fonction de sécurité. En effet, il permet de couper la tension de sortie pour éliminer tout risque d'électrisation, voire d'électrocution, en cas d'intervention humaine sur un dispositif positionné en aval du dispositif de gestion 20.
Pour cela, le dispositif de gestion peut occuper une configuration de sécurité dans laquelle le premier interrupteur 21 est ouvert et le second interrupteur 22 est fermé. Le premier interrupteur 21 permet d'ouvrir le circuit et d'obtenir une tension nulle entre les bornes C-D de sortie. De plus, comme le second interrupteur 22 est fermé, le module photovoltaïque 10 serait en court-circuit en cas de défaillance du premier interrupteur 21, ce qui permettrait aussi d'obtenir une tension nulle entre les bornes C-D de sortie. Ainsi, chacun des deux interrupteurs 21, 22 remplit la même fonction de sécurité d'une manière différente, ce qui permet par redondance de garantir la non défaillance de la gestion de la sécurité du dispositif de gestion 20.
D'autre part, le dispositif de gestion 20 permet la mise en oeuvre du diagnostic du module photovoltaïque 10, en permettant le tracé dynamique de la courbe U(I) lors d'un passage d'une situation en circuit ouvert à une situation en court-circuit du module photovoltaïque, ou inversement. Pour cela, les deux interrupteurs 21, 22 sont d'abord positionnés en position fermée, afin d'obtenir la situation de court-circuit du module photovoltaïque 10, avant une ouverture de l'interrupteur 22 pour le passage dans la situation de circuit ouvert. En variante, la démarche opposée peut être réalisée. De préférence, le premier interrupteur 21 est de type mécanique pour ne pas insérer de résistance ou de jonction PN parasite sur la mesure effectuée par l'intermédiaire de l'interrupteur 22.
La figure 8 représente de manière détaillée une mise en oeuvre de l'invention selon l'approche du premier mode d'exécution présenté ci-dessus. Elle repose sur un switch hybride, électromécanique et électronique. Deux interrupteurs 21, 22 et un relais 23 sont utilisés.
La figure 8 représente la position de sécurité du dispositif de gestion, dans laquelle aucune tension n'est transmise entre les bornes de sortie C et D. Dans cette position, les deux interrupteurs 21, 22 sont ouverts et le relais 23 met le dispositif en court-circuit et se trouve dans sa position dite de repos. Dans cette position de repos, il relie deux branches 26, 27 qui forment une liaison électrique parallèle mettant le dispositif photovoltaïque relié sur les bornes A et B en court-circuit.
En position de fonctionnement normal, le premier interrupteur 21 est ouvert, le second interrupteur 22 reste ouvert et le relais 23 occupe sa seconde position dite de travail, non représentée, dans laquelle il relie les branches 27, 28 formant un circuit série entre les bornes A et C. Dans ce fonctionnement normal, ce mode d'exécution présente l'avantage de minimiser les pertes car le courant du module photovoltaïque circule par le contact mécanique du relais 23 et non pas par l'interrupteur 21, lequel génère des pertes dans son état passant. Au contraire, la résistance de contact mécanique du relais 23 est négligeable, ce qui génère peu de pertes. De plus, le bilan énergétique du dispositif de gestion est avantageux puisque sa consommation provient principalement de l'alimentation de la bobine de maintien du relais 23 en position de travail, ce qui est faible. Le fonctionnement de ce dispositif de gestion va maintenant être explicité.
La configuration de sécurité du dispositif de gestion est représentée sur la figure 8. Comme explicité précédemment, la sécurité est obtenue de manière redondante à la fois par l'ouverture du circuit et ensuite par la réalisation du court-circuit.
Le passage de la configuration de sécurité au mode de fonctionnement normal cité précédemment peut se faire par les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 22, fermeture du premier interrupteur 21, passage en position de travail du relais 23, ouverture du second interrupteur 22, ouverture du premier interrupteur 21. En remarque, la fermeture du premier interrupteur 21 permet d'éviter d'avoir un micro arc à la fermeture du relais 23, qui se fait alors sous une tension très faible. Le passage de la configuration du mode normal mode de sécurité se fait par les opérations inverses.
Le dispositif de gestion 20 permet de plus de tracer la courbe U(I) afin de réaliser le diagnostic d'un module photovoltaïque, comme cela a été explicité ci-dessus. À partir de la configuration de sécurité, i1 est possible d'obtenir cette courbe par les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 22, fermeture du premier interrupteur 21, passage du relais 23 en position de travail, ouverture du premier interrupteur 21, ouverture lente (de durée inférieure à 1 ms) du second interrupteur 22 pour effectuer la mesure lors du passage de court-circuit a circuit ouvert. En fin d'opération, le dispositif se trouve alors dans son mode de fonctionnement normal.
Cette courbe U(I) peut aussi être obtenue à partir du mode de fonctionnement normal, par les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 22 pour former un court-circuit puis ouverture lente (de durée inférieure à 1 ms) du second interrupteur 22.30 La figure 9 décrit un second mode d'exécution d'un dispositif de gestion 30. Son principe de fonctionnement est similaire à celui du premier mode d'exécution. Il repose sur un premier interrupteur 31 disposé en série sur la liaison électrique reliant les bornes A et C du dispositif de gestion et sur un second interrupteur 32 disposé en parallèle, sur une liaison parallèle 35 disposée en amont du premier interrupteur 31. Une alimentation électrique 39 est de plus montée en parallèle du second interrupteur 32, en amont de celui-ci. En variante, elle pourrait se trouver en aval de celui-ci, mais en amont du premier interrupteur 31. Le dispositif de gestion 30 comprend de plus une diode 33 disposée en parallèle du second interrupteur 32. Cette diode 33 a pour fonction d'assurer une alimentation du système de gestion dans certaines de ses configurations, notamment en garantissant une tension non nulle aux bornes du second interrupteur 32, même dans la configuration de court-circuit du dispositif.
Ce dispositif de gestion selon le second mode d'exécution permet de remplir les fonctions de sécurité et de tracer de la courbe U(I) de manière similaire au premier mode d'exécution.
La figure 10 représente un troisième mode d'exécution d'un dispositif de gestion 40 de l'invention. Dans ce mode d'exécution, le dispositif de gestion 40 repose aussi sur l'utilisation de deux interrupteurs 41, 42. Toutefois, ils sont tous les deux montés sur des liaisons parallèles 45, 46 disposées entre les liaisons électriques reliant les bornes A et C d'une part et les bornes B et D d'autre part. Une alimentation électrique 49 est montée en parallèle des deux interrupteurs 41, 42. En variante, cette alimentation électrique pourrait se trouver en série ou en parallèle en aval d'un ou des deux interrupteurs. De plus, une diode 43 est montée en série avec le premier interrupteur 41 sur la première liaison parallèle 45. La fonction de cette diode 43 est d'assurer une alimentation du dispositif de gestion dans certains états des interrupteurs. Enfin, une seconde diode 44 est montée en parallèle du second interrupteur 42, au niveau de la seconde liaison parallèle 46. Sa fonction est la même que la diode 33 du second mode d'exécution. En mode de fonctionnement normal, les deux interrupteurs 41, 42 sont en position ouverte.
Ce dispositif de gestion 40 permet la mise en sécurité d'une charge qui 10 serait disposée en aval de ce dispositif, par une liaison sur les bornes C et D. Pour cela, le premier interrupteur 41 est fermé, afin de mettre en court-circuit le module photovoltaïque 10 en amont d'une telle charge. En remarque, dans la configuration de sécurité du dispositif de gestion 40, la diode 43 en série avec le premier interrupteur 41 génère une chute de 15 tension susceptible de pouvoir fournir l'énergie nécessaire à l'alimentation du dispositif de gestion.
D'autre part, ce dispositif de gestion 40 permet aussi le tracé de la courbe U(I) pour mettre en oeuvre le diagnostic d'un module photovoltaïque 10, 20 comme explicité précédemment. Pour obtenir cette courbe, le premier interrupteur 41 est positionné dans sa position ouverte pour ne pas perturber les opérations effectuées avec le second interrupteur 42, qui est positionné en configuration fermée pour mettre le module photovoltaïque 10 en court-circuit. Ensuite, ce second interrupteur 42 est ouvert, enfin de 25 créer le passage du module photovoltaïque d'une situation de court-circuit à une situation de circuit ouvert. La courbe U(I) est tracée durant ce passage.
La figure 11 représente une implémentation détaillée d'un dispositif de 30 gestion 40 selon le troisième mode d'exécution explicité ci-dessus.5 Notamment, cette implémentation repose sur l'utilisation d'un switch hybride, électromécanique et électronique. Le premier interrupteur 41 est obtenu par l'intermédiaire d'un relais 41', illustré en position de repos sur la figure 11, correspondant à la mise en court-circuit d'un module photovoltaïque.
La figure 11 représente plus particulièrement la position de sécurité de dispositif de gestion 40. Le relais 41' est dans sa position fermée, de repos, alors que le second interrupteur 42 est dans sa position ouverte.
Ainsi, un court-circuit est obtenu entre les bornes A et B, ce qui réduit fortement la tension de sortie entre les bornes C et D, de l'ordre d'un volt, sous l'effet de la diode 43.
Pour passer en mode de fonctionnement normal depuis ce mode de sécurité représenté, il faut d'abord fermer le second interrupteur 42, passer le relais 41' de la position de repos à sa position de travail, puis ouvrir de nouveau le second interrupteur 42. Cette action sur le second interrupteur 42 permet de ménager le relais 41' lors de son actionnement, pour notamment éviter les arcs électriques. Inversement, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de sécurité se fait selon les opérations inverses.
Pour obtenir un tracé de la courbe U(I) depuis la situation en mode de sécurité, i1 est nécessaire de réaliser les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 42, passage du relais 41' en position de travail, ouverture lente du second interrupteur 42 pour obtenir le passage de court-circuit a circuit ouvert. En fin d'opération, le système de gestion se trouve dans son mode de fonctionnement normal.
En variante, il est aussi possible de tracer la courbe U(I) à partir du mode de fonctionnement normal. Pour cela, i1 faut aussi d'abord fermer le second interrupteur 42, puis l'ouvrir lentement pour effectuer la mesure par ce passage de court-circuit a circuit ouvert.
Le système de gestion de l'invention a été illustré par plusieurs modes d'exécution permettant la mise en oeuvre de certaines fonctions importantes de gestion d'un dispositif photovoltaïque, à l'aide de certains composants comme des interrupteurs. Le système de gestion comprend de plus une intelligence pour commander et/ou piloter la mise en oeuvre effective de ces fonctions. Pour cela, il peut comprendre un microprocesseur ou tout calculateur, doté de moyens logiciels pour piloter l'actionnement du système, notamment les interrupteurs, selon les procédés explicités précédemment. En variante ou complément, le système peut être équipé d'actionneurs mécaniques, actionnables manuellement par un opérateur, éventuellement à distance. En effet, il est avantageux de réduire au maximum l'intelligence locale et de la reporter sur une unité centrale distante, reliée à plusieurs dispositifs de gestion selon l'invention, et qui échange des informations avec ces dispositifs par l'intermédiaire de leurs moyens de communication, et qui participe ainsi à tout ou partie des fonctions explicitées précédemment.
De plus, le système comprend des moyens de mesure, de la tension et/ou de l'intensité notamment, pour la détermination de la courbe U(I) par exemple. Pour l'obtention de telles mesures, un composant discret en court-circuit avec le dispositif photovoltaïque peut être utilisé, sans organe intermédiaire pouvant perturber la mesure. Un tel composant sera choisi pour être suffisamment rapide pour pouvoir effectuer une mesure de temps de réponse du module photovoltaïque (inférieure à 1 µs). De plus, il aura aussi un temps de commutation contrôlable pour être ralenti pour le tracé de la courbe d'évolution de tension (entre 500 µs et 1 ms).
De plus, le système de gestion a été décrit précédemment comme permettant la mise en oeuvre des fonctions suivantes : - mise en sécurité ; - diagnostic de fonctionnement ; - alimentation électrique du système, en lui permettant d'obtenir une tension aux bornes du dispositif photovoltaïque dans le maximum d'états des interrupteurs. En complément, le système de gestion peut aussi remplir tout ou partie des fonctions suivantes : - détection d'arc et coupure ; - détection de vol ; - antivol embarqué ; - monitoring ; - by-pass du dispositif.
Chaque fonction a été mise en oeuvre dans les modes d'exécution décrits selon un exemple de réalisation non limitatif. En variante, les mêmes fonctions pourraient être mises en oeuvre différemment. Notamment, il a été mentionné que la fonction de diagnostic est réalisée par le tracé de la courbe U(I). Ce diagnostic peut être effectué de manière différente. Notamment, une variante peut consister en l'observation de l'évolution de sa tension (U) lors du passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode en circuit ouvert, par exemple en fonction du temps, comme explicité précédemment.
En remarque, l'observation de l'évolution de sa tension (U) lors du 30 passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode en circuit ouvert a été obtenue par une ouverture « lente » d'un interrupteur dans les modes d'exécution précédents. Selon une première réalisation, la mise en oeuvre de la fonction de diagnostic nécessite la déconnexion de l'onduleur qui relie le dispositif photovoltaïque au réseau électrique. En variante, le temps nécessaire pour la mise en oeuvre du diagnostic pourrait être suffisamment faible pour permettre son exécution sans l'arrêt complet de l'onduleur. Pour cela, il faut noter que l'onduleur comprend un bus capacitif permettant de stocker de l'énergie. Pour ne pas perturber son fonctionnement, il convient de tracer la courbe U(I) en moins de 10 ms. Toutefois, la durée habituelle d'ouverture d'un interrupteur de 10 ns est trop rapide pour permettre un nombre satisfaisant de mesures et tracer une courbe U(I) satisfaisante. Ainsi, i1 est proposé de retarder l'ouverture d'un tel interrupteur grâce à un dispositif de commande particulier pour atteindre une ouverture en un temps compris entre 10 ns et 10 ms.
Le système de gestion décrit précédemment présente l'avantage de réunir dans une boîte de jonction d'un module photovoltaïque des fonctions de gestion importantes qui améliorent la performance de production photovoltaïque. Toutefois, ce système de gestion peut être présenté séparément de la boîte de jonction, dans tout autre dispositif distinct. En effet, le concept de l'invention consiste à définir une architecture de puissance multifonctionnelle, permettant la mise en oeuvre le plus simplement possible des différentes fonctions envisagées. Cette architecture unique peut ensuite être avantageusement reproduite à l'identique sur une multitude de dispositifs photovoltaïques. De plus, le système a été implémenté au niveau de chaque module photovoltaïque. En variante toutefois, il pourrait être implémenté sur tout autre dispositif photovoltaïque qu'un simple module. Plusieurs modules photovoltaïques peuvent ainsi partager un même dispositif de gestion selon l'invention.30 Finalement, l'invention porte aussi sur une installation photovoltaïque, comprenant une multitude de modules photovoltaïques, et comprenant des dispositifs de gestion selon l'invention.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux interrupteurs (21, 22 ; 31, 32 ; 41, 42) et une alimentation électrique (29 ; 39 ; 49) aptes à former un premier moyen de mise en sécurité du dispositif photovoltaïque et un second moyen de passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement du dispositif photovoltaïque pour permettre le tracé d'une courbe d'évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque.
- 2. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'alimentation électrique (29 ; 39 ; 49) est montée en parallèle.
- 3. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un élément permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique.
- 4. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que cet élément permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique est une diode (33 ; 44).
- 5. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier interrupteur (21 ; 31) en série et un second interrupteur (22 ; 32) en parallèle. 20 25 30
- 6. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le second interrupteur (22) monté en parallèle se trouve en aval du premier interrupteur (21).
- 7. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un relais (23) dont une position de travail permet de mettre le système de gestion en mode de fonctionnement normal et dont une position de repos permet de mettre le système de gestion en mode de sécurité.
- 8. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un premier interrupteur (31) disposé en série et un second interrupteur (32) disposé en parallèle, sur une liaison parallèle (35) disposée en amont du premier interrupteur (31).
- 9. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux interrupteurs (41, 42) montés sur deux liaisons parallèles distinctes (45, 46).
- 10. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier interrupteur (41) est un relais (41') pouvant occuper une position de repos correspondant à la mise en court-circuit d'un dispositif photovoltaïque et une position de travail permettant de mettre le système de gestion en mode de fonctionnement normal.
- 11. Boite de jonction pour module photovoltaïque, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes.
- 12. Installation photovoltaïque, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 10.
- 13. Procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque à partir d'un système de gestion selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les deux étapes suivantes : - mise en sécurité du dispositif photovoltaïque - tracé d'une courbe d'évolution de la tension U lors d'un passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement.15
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1057916A FR2965626A1 (fr) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique |
| PCT/EP2011/067000 WO2012041969A1 (fr) | 2010-09-30 | 2011-09-29 | Système de gestion d'un dispositif photovoltaïque |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1057916A FR2965626A1 (fr) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2965626A1 true FR2965626A1 (fr) | 2012-04-06 |
Family
ID=44146314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1057916A Pending FR2965626A1 (fr) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2965626A1 (fr) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9746528B2 (en) | 2011-07-04 | 2017-08-29 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Detection of electrical arcs in photovoltaic equipment |
| US9843288B2 (en) | 2013-08-29 | 2017-12-12 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Parallel electric arc detection across the main terminals of a photovoltaic installation |
| US10432139B2 (en) | 2013-08-29 | 2019-10-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Electric arc detection in photovoltaic installations |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4342389A1 (de) * | 1993-12-11 | 1995-06-14 | Inst Luft Und Kaeltetechnik Gm | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ermittlung der Kennlinien von Solarmodulen |
| DE19909609C1 (de) * | 1999-03-05 | 2000-09-21 | Thomas Wunram | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Kennlinie und des Punktes maximaler Energieausbeute von Gleichstromquellen |
| EP2077588A2 (fr) * | 2008-01-05 | 2009-07-08 | Joachim Stoeber | Unité de surveillance pour modules photovoltaïques |
-
2010
- 2010-09-30 FR FR1057916A patent/FR2965626A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4342389A1 (de) * | 1993-12-11 | 1995-06-14 | Inst Luft Und Kaeltetechnik Gm | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ermittlung der Kennlinien von Solarmodulen |
| DE19909609C1 (de) * | 1999-03-05 | 2000-09-21 | Thomas Wunram | Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Kennlinie und des Punktes maximaler Energieausbeute von Gleichstromquellen |
| EP2077588A2 (fr) * | 2008-01-05 | 2009-07-08 | Joachim Stoeber | Unité de surveillance pour modules photovoltaïques |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| COX C H ET AL: "SWEPT MEASUREMENT OF HIGH POWER I-V CURVES", PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE. SAN DIEGO, SEPT. 27 - 30, 1982; [PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE], NEW YORK, IEEE, US, vol. CONF. 16, 27 September 1982 (1982-09-27), pages 1277 - 1283, XP000043948 * |
| KERN R ET AL: "Uncomplicated measurement procedure for current-voltage characteristics of photovoltaic generators at remote sites", ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, OXFORD, GB, vol. 27, no. 3, 1 January 1987 (1987-01-01), pages 301 - 302, XP025413148, ISSN: 0196-8904, [retrieved on 19870101], DOI: DOI:10.1016/0196-8904(87)90091-4 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9746528B2 (en) | 2011-07-04 | 2017-08-29 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Detection of electrical arcs in photovoltaic equipment |
| US9843288B2 (en) | 2013-08-29 | 2017-12-12 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Parallel electric arc detection across the main terminals of a photovoltaic installation |
| US10432139B2 (en) | 2013-08-29 | 2019-10-01 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Electric arc detection in photovoltaic installations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2491413B1 (fr) | Dispositif photovoltaïque avec interrupteur(s) électronique(s) | |
| EP2419749B1 (fr) | Procede de diagnostic de la defaillance d'un generateur photovoltaique | |
| EP2380069B1 (fr) | Système de gestion électronique de cellules photovoltaiques | |
| EP2079148B1 (fr) | Circuit electrique | |
| EP2721684B1 (fr) | Systeme de batteries d'accumulateurs a supervision simplifiee | |
| EP2147323B1 (fr) | Procédé de diagnostic d'éléments défectueux dans un système autonome, alimenté par une source d'alimentation intermittente | |
| EP0616226A1 (fr) | Système de contrôle de vieillissement d'une batterie et procédé de mise en oeuvre dans un tel système | |
| EP2718976A2 (fr) | Batterie photovoltaïque avec architecture en briques disposees en serie ou en parallele | |
| FR2908939A1 (fr) | Dispositif de commande pour assurer la regulation en tension d'un bus d'alimentation. | |
| CA2692300C (fr) | Procede et systeme de gestion de coupures d'alimentation electrique a bord d'un aeronef | |
| FR2965627A1 (fr) | Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique | |
| FR2965628A1 (fr) | Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique | |
| FR2965626A1 (fr) | Systeme de gestion d'un dispositif photovoltaique | |
| EP1753112A1 (fr) | Système et procédé de contrôle d'une batterie rechargeable | |
| WO2012041969A1 (fr) | Système de gestion d'un dispositif photovoltaïque | |
| EP4266065B1 (fr) | Compteur electrique agence pour detecter une ouverture frauduleuse | |
| EP1333294B1 (fr) | Procédé de contrôle de la décharge d'une batterie | |
| EP3407454B1 (fr) | Dispositif d'interfaçage entre un réseau électrique général et un réseau électrique local permettant un échange local d'énergie | |
| EP3341985B1 (fr) | Batterie assurant une determination de la tension electrique aux bornes des elements de connexion electrique entre les elements de stockage | |
| WO2009060131A1 (fr) | Banc d'essai | |
| EP2319117B1 (fr) | Dispositif pour representer numeriquement une tension | |
| FR3099609A1 (fr) | Carte électronique intelligente, de type carte à puce intégrant un système d'alimentation électrique à cellules électriques en Li/MnO2 | |
| CA3141674A1 (fr) | Procede d'identification d'une batterie electrique | |
| FR2981798A1 (fr) | Dispositif de production d'electricite a partir de l'energie solaire et son procede de controle | |
| FR2996963A1 (fr) | Interrupteur de puissance |