FR2965628A1 - System for managing photovoltaic device in junction box of photovoltaic module of photovoltaic installation, has switches and power supply forming switching unit to allow plotting of voltage evolution curve for diagnosis of device - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un système de gestion pour dispositif photovoltaïque. Elle concerne aussi un dispositif photovoltaïque comprenant un tel système de gestion. The invention relates to a management system for a photovoltaic device. It also relates to a photovoltaic device comprising such a management system.
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. Devices for generating energy from intermittent sources, such as photovoltaic devices, which group together several photovoltaic modules, are increasingly used. In this context, there is a growing need to improve the management of these generations of energy, in order to optimize energy production, minimize the maintenance of devices, guarantee increased security, and ultimately reduce the cost of production. The latter depends in particular on the autonomy and capacity of these power generation devices such as photovoltaic devices to diagnose their failure, if possible in real time. Existing devices are not designed for rapid response in the event of a failure, even when their production becomes abnormally low. For this reason, they require complex and expensive maintenance operations.
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. The document US2008 / 0147335 describes a solution based on intelligent junction means between photovoltaic modules, fulfilling different management functions, tracking, including for example the measurement of certain electrical quantities and the detection of arcing. Such a solution thus brings an improvement to the existing photovoltaic power plants but remains largely insufficient.
Ainsi, un objet général de l'invention est de proposer une solution améliorée de gestion d'un dispositif photovoltaïque. Thus, a general object of the invention is to propose an improved solution for managing a photovoltaic device.
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. More specifically, a first object of the invention is to define a solution that allows the establishment of a diagnosis of a photovoltaic device, in particular to detect its failure.
Un second objet de l'invention consiste à définir une solution qui permet d'augmenter la sécurité d'un dispositif photovoltaïque. A second object of the invention is to define a solution that increases the security of a photovoltaic device.
A cet effet, l'invention porte sur un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend deux interrupteurs montés sur deux liaisons parallèles distinctes 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. For this purpose, the invention relates to a management system for a photovoltaic device, characterized in that it comprises two switches mounted on two distinct parallel links able to form a first means for securing the photovoltaic device and a second means transition from a short-circuit mode to an open circuit mode or vice versa of the photovoltaic device to allow the drawing of a curve of evolution of the voltage U for the diagnosis of the photovoltaic device.
Le premier interrupteur peut être 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. The first switch can be a relay whose working position allows to put the management system in normal operating mode and a rest position to put the management system in safe mode.
Le système de gestion pour un dispositif photovoltaïque peut comprendre une alimentation électrique. The management system for a photovoltaic device may include a power supply.
Le système de gestion pour un dispositif photovoltaïque peut comprendre un élément monté en parallèle du second interrupteur permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique. The management system for a photovoltaic device may comprise an element connected in parallel with the second switch, making it possible to have a non-zero voltage across the power supply.
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. The invention also relates to a junction box for photovoltaic module, characterized in that it comprises a management system for a photovoltaic device as described above.
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. The invention also relates to a photovoltaic installation, characterized in that it comprises at least one management system for a photovoltaic device as described above.
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. The invention also relates to a method of managing a photovoltaic device from a management system as described above, characterized in that it implements the following two steps: - security of the photovoltaic device, - Tracing a curve of evolution of the voltage U during a transition from a short-circuit mode to an open circuit mode or vice versa.
L'étape de mise en sécurité peut comprendre la fermeture du premier interrupteur. The security step may include closing the first switch.
Le procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque peut comprendre une étape de passage du mode de sécurité en mode de fonctionnement normal du système de gestion dans lequel le premier interrupteur est un relais qui comprend les étapes suivantes : - fermeture du second interrupteur ; - passage du relais de la position de repos à sa position de travail ; - ouverture du second interrupteur. The method of managing a photovoltaic device may comprise a step of switching from the security mode to the normal operating mode of the management system in which the first switch is a relay which comprises the following steps: closing of the second switch; - passage of the relay from the rest position to its working position; - opening of the second switch.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : These objects, features and advantages of the present invention will be set forth in detail in the following description of a particular embodiment made in a non-limiting manner in relation to the appended figures among which:
La figure 1 illustre schématiquement un circuit électrique équivalent à une cellule photovoltaïque. Figure 1 schematically illustrates an electrical circuit equivalent to a photovoltaic cell.
La figure 2 représente la courbe tension-intensité obtenue aux bornes de différentes cellules photovoltaïques. FIG. 2 represents the voltage-intensity curve obtained at the terminals of different photovoltaic cells.
La figure 3 représente schématiquement le circuit électrique de deux cellules photovoltaïques en série dont l'une est défectueuse. Figure 3 shows schematically the electrical circuit of two photovoltaic cells in series, one of which is defective.
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 photovoltaïque normal et défectueux. FIGS. 4 and 5 respectively represent two different methods of diagnosing a photovoltaic generator based on the curves of evolution of the voltage as a function of time at the terminals of a normal and faulty photovoltaic generator.
La figure 6 représente des courbes tension-intensité obtenues aux bornes d'un générateur photovoltaïque selon différents scenarii. La figure 7 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon un mode d'exécution de l'invention. FIG. 6 represents voltage-intensity curves obtained at the terminals of a photovoltaic generator according to different scenarios. FIG. 7 illustrates a device for managing a photovoltaic device according to an embodiment of the invention.
La figure 8 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque 25 selon une variante du mode d'exécution de l'invention. FIG. 8 illustrates a device for managing a photovoltaic device 25 according to a variant of the embodiment of the 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 30 mesurant la production électrique obtenue sur un réseau électrique auquel20 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. The conventional management of photovoltaic devices consists in observing their behavior at the level of the systems connected to these devices, for example by measuring the charge of a battery connected to the device or by measuring the electrical output obtained on an electrical network to which the device is connected. . If the measurement is lower than the expected value, it is concluded that the photovoltaic device has failed. Such conventional management has the disadvantage of being imprecise. Indeed, it does not make it possible to distinguish between a normal fall in production caused by shading or particular weather conditions with a real failure of the device. In addition, it does not differentiate different failures of the device as an increase in the resistance of the wiring, for example due to a lack of connection or an electric arc in the device, or a deterioration of the front face of the photovoltaic generator, by example following delamination or corrosion, shading or soiling.
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. One solution is based on the analysis of the evolution of the voltage of a photovoltaic generator during its transition from a short-circuit operating mode to an open-circuit operating mode or vice versa. This evolution can be observed by the curve of the voltage as a function of time or by the analysis of the curve representing the intensity as a function of the voltage at the level of the photovoltaic generator during this change of 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. The transition from short-circuit operation to an open-circuit mode of operation requires a particular control of a switch, whose opening time must be slow enough to allow the measurement of numerous points of voltage values and / or intensity, slower than the usual duration, and fast enough not to disturb the inverter and the rest of the electricity network to which the photovoltaic device is connected.
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. For this, a switch equipped with a control device that achieves an opening time representing a good compromise to meet the above constraints can be used.
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. In preamble to the description of an embodiment of the management device according to the invention, the principle of detecting the failure of a photovoltaic device will be detailed below.
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. A photovoltaic cell behaves according to an electrical circuit as shown schematically in FIG. 1. It supplies a current 1 and a voltage U on its output terminals AB.
La figure 2 représente la courbe de l'intensité 1 en fonction de la tension U 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 photovoltaïque, qui comprend plusieurs de ces cellules photovoltaïques, s'élève à une valeur lpv, 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. FIG. 2 represents the curve of the intensity 1 as a function of the voltage U obtained at the terminals of different photovoltaic cells. Curves 1 and 2 illustrate the case of photovoltaic cells in normal operation, that is to say non-defective. Curve 3 illustrates the situation of a photovoltaic cell receiving insufficient or no irradiation, called a defective cell. In the case where the current supplied by a photovoltaic generator, which comprises several of these photovoltaic cells, amounts to a value lpv, the photovoltaic cells in the normal operating position will have a voltage U1, U2 positive at their terminals while a faulty cell will have a negative voltage U3.
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. FIG. 3 schematically illustrates the electrical representation of a cell in normal operation placed in series with a faulty cell, the voltage U 'of which is opposite to the voltage U of the cell in the normal operating state. In a defective photovoltaic cell, its capacitor C 'is negatively charged, its opposite voltage can reach more than 20 times the value of the nominal voltage of the cell and its maximum current is lower than that of another cell. In the case of the opening of the circuit connected to such a defective cell, the voltage of the defective cell will take a much longer time than that of a normal cell to reach a positive nominal value. This time can be of the order of 20 to 100 times longer.
Ainsi, le phénomène précédent est exploité pour élaborer, selon la réponse d'un générateur photovoltaïque lors de son passage d'un mode de court-circuit à circuit ouvert, un diagnostic de son fonctionnement. Thus, the above phenomenon is exploited to develop, according to the response of a photovoltaic generator during its passage from an open-circuit short-circuit mode, a diagnosis of its operation.
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 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 moins vite. FIGS. 4 and 5 show curves 15, 16 for the evolution of the voltage U as a function of the time t at the terminals of a photovoltaic generator during its passage from an open-circuit short circuit, respectively in the case of an operation. normal and in the case of faulty operation. The normal curve shows that the voltage U finally converges to a maximum voltage Uco. Curve 16 shows that the voltage of a defective generator increases much more slowly.
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.30 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. Thus, a first method of diagnosing the state of the photovoltaic generator, shown in FIG. 4, consists of observing the time required to reach a voltage Uf representing a predefined percentage of the maximum voltage Uco, for example 95 ° / 0. In the case of the generator in normal operation, the predefined final value Uf is reached after a normal time tn. In the case of the defective generator, the predefined final value Uf is reached after a longer time td. Thus, the comparison of the times td and tn allows a diagnosis of the state of the photovoltaic generator. A second method, shown in FIG. 5, consists of measuring the voltage obtained for a predefined time tf. In the case of the generator in normal operation, a normal value A is reached after the time tf. In the case of the defective generator, a lower final value Ud is reached after the time tf. Thus, the comparison of the voltages Un and Ud allows a diagnosis of the state of the photovoltaic generator.
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. FIG. 6 illustrates three U (I) curves 4, 5, 6 obtained respectively according to three different scenarios when a photovoltaic generator switches from a short-circuit situation to an open-circuit situation. Each curve U (I) is the sum of the curves U (I) of each of the photovoltaic cells composing the photovoltaic generator. Equivalent curves would be obtained for a transition from an open-circuit situation to a short-circuit situation.
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. Curve 4 represents a photovoltaic generator in which all the photovoltaic cells are in good working order. At the opening of the circuit, the intensity will reach a zero value while the voltage will reach a maximum value Uco after a relatively short time. Curve 5 represents the same curve obtained in the case of a generator comprising at least one defective photovoltaic cell. This curve has a step 7 during which the intensity drops faster while the voltage increases little. Curve 6 illustrates another example in which the curve has two recesses 8, 9, which indicate the presence of at least two defective photovoltaic cells. In all cases, the same voltage value Uco is finally reached, after a much longer time in the case of curves 5, 6 for the generators having at least one faulty cell as has been explained above. These examples make it possible to illustrate several situations and teach that the U (I) curves make it possible to obtain the following diagnoses: there are as many defects in the device as there are recesses 7, 8, 9; -The greater the offset, the greater the failure.
Les explications précédentes vont maintenant être exploitées dans un dispositif de gestion d'un module photovoltaïque, dont un mode d'exécution est représenté sur les figures 7 et 8. The preceding explanations will now be used in a management device of a photovoltaic module, an embodiment of which is shown in FIGS. 7 and 8.
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. The invention is based on a management system for a photovoltaic device, which implements several management functions of a photovoltaic device, including in particular its security and its passage from a mode of operation short circuit to a mode in open circuit or vice versa to allow the trace of an evolution of the voltage U for the diagnosis of the photovoltaic device, in a simple and efficient way. Advantageously, this management system is in the form of a single device, integrated in a compact housing. According to the embodiment of the invention, such a management system is provided for each photovoltaic module of a photovoltaic device, and is integrated in the junction box of each photovoltaic module.
La figure 7 représente un mode d'exécution d'un dispositif de gestion 40 de l'invention. Dans ce mode d'exécution, le dispositif de gestion 40 repose sur l'utilisation de deux interrupteurs 41, 42 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 du dispositif de gestion. 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. Elle 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 42, même dans la configuration de court-circuit du dispositif. Figure 7 shows an embodiment of a management device 40 of the invention. In this embodiment, the management device 40 is based on the use of two switches 41, 42 mounted on parallel links 45, 46 arranged between the electrical connections connecting the terminals A and C on the one hand and the terminals B and D, on the other hand, the management device. A power supply 49 is connected in parallel with the two switches 41, 42. Alternatively, this power supply could be in series or in parallel downstream of one or both switches. In addition, a diode 43 is connected in series with the first switch 41 on the first parallel link 45. The function of this diode 43 is to provide a power supply of the management device in certain states of the switches. Finally, a second diode 44 is connected in parallel with the second switch 42, at the level of the second parallel link 46. Its function is to provide power to the management system in some of its configurations, in particular by guaranteeing a non-zero voltage at the terminals of the second switch 42, even in the short-circuit configuration of the device.
En mode de fonctionnement normal, les deux interrupteurs 41, 42 sont en position ouverte. In normal operating mode, the two switches 41, 42 are in the open position.
Ce dispositif de gestion 40 permet la mise en sécurité d'une charge qui 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 tension susceptible de pouvoir fournir l'énergie nécessaire à l'alimentation du dispositif de gestion. This management device 40 makes it possible to secure a load that would be disposed downstream of this device, by a connection on the terminals C and D. For this, the first switch 41 is closed, in order to short circuit the photovoltaic module 10 upstream of such a load. As a remark, in the security configuration of the management device 40, the diode 43 in series with the first switch 41 generates a voltage drop that can be able to supply the energy necessary to supply the management device.
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, 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 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. On the other hand, this management device 40 also allows the drawing of the curve U (I) to implement the diagnosis of a photovoltaic module 10, as explained above. To obtain this curve, the first switch 41 is positioned in its open position so as not to disturb the operations performed with the second switch 42, which is positioned in a closed configuration to turn the photovoltaic module 10 into a short circuit. Then, this second switch 42 is open, finally to create the passage of the photovoltaic module from a short-circuit situation to an open circuit situation. The curve U (I) is drawn during this passage.
La figure 8 représente une implémentation détaillée d'un dispositif de gestion 40 selon le mode d'exécution explicité ci-dessus. 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 8, correspondant à la mise en court-circuit d'un module photovoltaïque. FIG. 8 represents a detailed implementation of a management device 40 according to the embodiment explained above. In particular, this implementation relies on the use of a hybrid, electromechanical and electronic switch. The first switch 41 is obtained via a relay 41 ', illustrated in the rest position in FIG. 8, corresponding to the short-circuiting of a photovoltaic module.
La figure 8 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. FIG. 8 more particularly represents the safety position of the management device 40. The relay 41 'is in its closed rest position, while the second switch 42 is in its open position. Thus, a short circuit is obtained between terminals A and B, which greatly reduces the output voltage between terminals C and D, of the order of one volt, under the effect of 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. To switch to normal operating mode from this security mode shown, it is necessary to first close the second switch 42, switch the relay 41 'from the rest position to its working position, then open the second switch 42 again. This action on the second switch 42 makes it possible to spare the relay 41 'during its actuation, in particular to avoid arcing. Conversely, the transition from the normal operating mode to the security mode is done according to the reverse operations.
Pour obtenir un tracé de la courbe U(I) depuis la situation en mode de 30 sécurité, il 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. 10 En remarque, dans toutes les configurations décrites ci-dessus, la diode 43 en série avec le premier interrupteur 41 permet de maintenir l'alimentation possible du dispositif de gestion par le module photovoltaïque. 15 Le système de gestion de l'invention permet donc la mise en oeuvre de certaines fonctions importantes de gestion d'un dispositif photovoltaïque, à l'aide de certains composants comme des interrupteurs. Il peut aussi comprendre une alimentation électrique propre, pour subvenir à ses 20 besoins même dans des situations où l'alimentation depuis un module photovoltaïque ne serait pas possible. 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 25 I'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 30 sur une unité centrale distante, reliée à plusieurs dispositifs de gestion5 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. To obtain a plot of the curve U (I) from the situation in safety mode, it is necessary to perform the following operations: closing of the second switch 42, passage of the relay 41 'in working position, slow opening of the second switch 42 to obtain the open circuit short circuit. At the end of the operation, the management system is in its normal operating mode. Alternatively, it is also possible to draw the curve U (I) from the normal operating mode. For this purpose, it is also necessary to first close the second switch 42, then open it slowly to make the measurement by this open-circuit short circuit. As a remark, in all the configurations described above, the diode 43 in series with the first switch 41 makes it possible to maintain the possible power supply of the management device by the photovoltaic module. The management system of the invention therefore allows the implementation of certain important functions of management of a photovoltaic device, using certain components such as switches. It may also include a clean power supply, to meet its needs even in situations where power from a photovoltaic module would not be possible. The management system further comprises an intelligence for controlling and / or controlling the effective implementation of these functions. For this purpose, it may comprise a microprocessor or any computer, equipped with software means for controlling the operation of the system, in particular the switches, according to the methods explained above. Alternatively or additionally, the system may be equipped with mechanical actuators, manually operable by an operator, possibly remote. Indeed, it is advantageous to minimize the local intelligence and to report it to a remote central unit, connected to several management devices 5 according to the invention, and which exchanges information with these devices via their means of communication, and who thus participates in all or part of the functions explained above.
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, i1 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). In addition, the system comprises measuring means, voltage and / or intensity in particular for the determination of the curve U (I) for example. In order to obtain such measurements, a discrete component short-circuited with the photovoltaic device can be used, without an intermediate member being able to disturb the measurement. Such a component will be chosen to be fast enough to be able to measure the response time of the photovoltaic module (less than 1 μs). In addition, it will also have a controllable switching time to be slowed down for the plot of the voltage evolution curve (between 500 μs and 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. In addition, the management system has been previously described as enabling the implementation of the following functions: - securing; - operating diagnosis; - Power supply of the system, allowing it to obtain a voltage across the photovoltaic device in the maximum states of the switches. In addition, the management system can also fulfill all or some of the following functions: - arc detection and cutoff; - flight detection; - burglar alarm; - monitoring; - by-pass of the device.
Chaque fonction a été mise en oeuvre dans le mode d'exécution décrit 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. Each function has been implemented in the embodiment described in a non-limiting embodiment. Alternatively, the same functions could be implemented differently. In particular, it has been mentioned that the diagnostic function is performed by drawing the curve U (I). This diagnosis can be made in a different way. In particular, a variant may consist in observing the evolution of its voltage (U) during the transition from a short-circuit operating mode to an open-circuit mode, for example as a function of time, as explained previously. .
En remarque, 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 a été obtenue par une ouverture « lente » d'un interrupteur dans le mode d'exécution précédent. 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, il 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. As a remark, the observation of the evolution of its voltage (U) during the transition from a short-circuit operating mode to an open circuit mode has been obtained by a "slow" opening of a switch in the previous execution mode. According to a first embodiment, the implementation of the diagnostic function requires the disconnection of the inverter which connects the photovoltaic device to the electrical network. Alternatively, the time required for the implementation of the diagnosis could be low enough to allow its implementation without the complete shutdown of the inverter. For this, it should be noted that the inverter comprises a capacitive bus for storing energy. In order not to disturb its operation, the U (I) curve should be drawn in less than 10 ms. However, the usual opening time of a 10 ns switch is too fast to allow a satisfactory number of measurements and to draw a satisfactory U (I) curve. Thus, it is proposed to delay the opening of such a switch through a particular control device to reach an opening in a time between 10 ns and 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. The management system described above has the advantage of assembling in a junction box of a photovoltaic module important management functions that improve the photovoltaic production performance. However, this management system may be presented separately from the junction box, in any other separate device. Indeed, the concept of the invention consists in defining a multifunctional power architecture, allowing the implementation as simply as possible of the various functions envisaged. This unique architecture can then be advantageously reproduced identically on a multitude of photovoltaic devices. In addition, the system has been implemented at the level of each photovoltaic module. Alternatively, however, it could be implemented on any other photovoltaic device that a simple module. Several photovoltaic modules can thus share the same management device according to the invention.
Finalement, l'invention porte aussi sur une installation photovoltaïque, comprenant une multitude de modules photovoltaïques, et comprenant des dispositifs de gestion selon l'invention. Finally, the invention also relates to a photovoltaic installation, comprising a multitude of photovoltaic modules, and comprising management devices according to the invention.
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