FR2972577A1

FR2972577A1 - Boite de raccordement et dispositif solaire

Info

Publication number: FR2972577A1
Application number: FR1252105A
Authority: FR
Inventors: Funk Karsten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-09-14
Also published as: US8809699B2; JP2012191201A; DE102011005282A1; US20120227783A1; CN102683448A; IN2012DE00272A

Abstract

Boîte de raccordement (1) d'un dispositif de cellules solaires (27), comprenant : - une partie inférieure (3') et une partie supérieure (7') reliée mécaniquement à la partie supérieure, et - la partie supérieure (7'), a des premiers éléments de contact (C2) dont une partie est reliée aux cellules solaires et dont deux parties sont reliées à un câble de branchement et l'autre partie a des seconds éléments de contact (S2) en contact électrique avec les premiers éléments de contact, et - avec un actionneur (17) pour séparer la liaison mécanique entre la partie inférieure (3') et la partie supérieure (7'), pour la séparation des contacts .

Description

i Domaine de l'invention La présente invention concerne une boîte de raccorde-ment d'un dispositif de cellules solaires, en particulier un module solaire avec un grand nombre de cellules solaires branchées en plusieurs s chaînes. Etat de la technique Les modules solaires cristallins se composent de cellules photovoltaïques qui sont branchées en série dans des chaînes. Un module solaire typique se compose ainsi de 60 cellules solaires branchées io en série. Ces 60 cellules sont ainsi branchées en trois chaînes de chacune 20 cellules. Ces chaînes sont, dans les modules actuels, court-circuitées (shuntées) de matières antiparallèles par une diode by-pass. Ces diodes by-pass ont pour but, lorsqu'une ou plusieurs cellules d'une chaîne sont à l'ombre, de conduire le courant généré par le système ls éclairé à celui-ci à travers le goulot d'étranglement réalisé par les cellules à l'ombre. Les diodes transmettent ainsi le courant éventuellement réduit par la mise à l'ombre en passant les cellules à l'ombre pour éviter les limitations du flux électrique total et ainsi de la puissance totale du module solaire en cas de mise à l'ombre (partielle). Ces diodes by-pass 20 se trouvent dans la boîte de raccordement du module solaire, un boîtier plastique dans lequel les branchements des cellules solaires du module sont reliés à l'aide de câbles électriques flexibles et qui permettent en-suite le branchement des modules solaires entre eux. On connaît un grand nombre de variantes de construc- 25 tion pour la réalisation des boites de contact. De manière habituelle, elles se composent d'une partie inférieure montée sur le support du dispositif de cellules solaires (module solaire spécial) dans lequel les éléments conducteurs pour la liaison électrique de la chaîne ainsi que les diodes by-pass mentionnées sont montés et d'un couvercle monté 30 sur la partie inférieure qui ferme la boîte de raccordement et protège les composants électriques et électroniques contenus dans celle-ci. Les développements actuels montrent la nécessité d'un circuit de protection du module solaire en cas de danger, par exemple en cas de feu. Les circuits de protection habituels sont soit basés sur la 35 chaîne, c'est-à-dire que l'on n'utilise qu'un seul commutateur électro- 2 mécanique pour un nombre de modules commutés en série. Dans ce cas, du fait de la commutation en série des modules, on peut toujours avoir une haute tension dangereuse. Des procédés alternatifs utilisent de l'électronique basée sur un module avec des commutateurs électro- n niques. Dans ce cas, le problème réside dans l'absence de séparation galvanique, c'est-à-dire qu'en cas de défaut du commutateur électronique, le circuit de protection n'isole pas complètement, c'est-à-dire que l'installation reste dangereuse. D'autres solutions basées sur les modules utilisent des commutateurs électromécaniques (par exemple un io relai) pour effectuer une séparation galvanique en cas d'alarme. Dans ce cas, le problème est celui de la consommation de courant de ces relais même en fonctionnement normal. Exposé et avantages de l'invention L'invention a pour objet une boîte de raccordement carac- is térisée en ce qu'elle comprend une partie inférieure et une partie supérieure séparée de celle-ci et reliée mécaniquement à la partie supérieure, et - dans une des deux parties (partie inférieure et partie supérieure), des premiers éléments de contact dont à l'état monté une partie est 20 reliée aux cellules solaires et dont deux parties sont reliées à un câble de branchement du dispositif de cellules solaires et dans l'autre des deux parties inférieure et supérieure, il y a des seconds éléments de contact reliés entre eux et qui à l'état monté sont en contact électrique avec les premiers éléments de contact, et 25 - un actionneur pour séparer la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie supérieure, en particulier pour l'éjection totale de la partie supérieure de la partie inférieure et pour séparer les con-tacts et les premiers et les seconds éléments de contact ainsi qu'une installation de commande associée à la partie d'entrée de l'action- 30 neur pour générer un signal de commande pour l'actionneur. L'invention propose également la réalisation d'un disposi- tif de cellules solaires avec une boîte de raccordement comme celle défi- nie ci-dessus. L'invention a pour objet une réalisation modulaire diffé-35 renciée des concepts de branchement et de fonctionnement dans les 3 dispositifs de cellules solaires, spécialement dans les modules solaires montés de manière habituelle, dans lesquels une première fonctionnalité partielle est réalisée dans la partie inférieure de la boîte de raccorde-ment et des composants supplémentaires sont montés dans la partie s supérieure de la boîte de raccordement pour réaliser une seconde fonctionnalité partielle, le branchement électrique des cellules solaires se faisant par la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie supérieure (fondamentalement, cette modularité est également possible en échangeant les fonctions associées à la partie inférieure et la partie io supérieure, toutefois selon les considérations actuelles cela ne constitue pas le mode de réalisation optimal). De plus, l'invention a pour objet un circuit de protection par la séparation de la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie supérieure de la boîte de raccordement, ce qui coupe simultané- es ment les contacts électriques ou liaisons électriques. Cette rupture de la liaison mécanique entre les deux pièces se fait par un actionneur au-quel est associé en aval un dispositif de commande pour obtenir un signal de commande approprié. La séparation et plus spécialement l'éjection de la partie supérieure, coupe le passage de courant aux bran- 20 chements du dispositif de cellules solaires (et le cas échéant également entre les cellules prises séparément) par coupure galvanique et le dispositif (le module) est séparé de manière efficace, électriquement de l'installation photovoltaïque. Dans un mode de réalisation avantageux sous les aspects 25 sécuritaires, l'actionneur et/ou les premiers et seconds éléments de contact sont réalisés de sorte que la séparation de la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie supérieure de la liaison électrique sépare au moins un câble de raccordement du dispositif de cellules solaires. 30 Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'installation de commande associée à l'actionneur comprend un capteur (par exemple un capteur T) pour déterminer une grandeur d'état du dispositif de cellules solaires et est réalisée pour déclencher l'actionneur par un signal de capteur à l'actionneur qui caractérise un état de 35 fonctionnement anormal du dispositif de cellules solaires. 4 Dans d'autres modes de réalisation, l'installation de commande associée à l'actionneur, a une horloge ou une interface de communication et elle est réalisée de sorte que l'actionneur se coupe après un intervalle de temps prédéterminé ou lorsqu'on atteint un ins- s tant prédéterminé ou à la réception d'un signal de coupure par l'inter-face de communication. Cela permet des coupures (coupures d'urgence) commandées à distance et/ou des coupures commandées précisément en fonction du temps. L'interface de communication est par exemple l'interface io d'une télécommande infrarouge habituelle mais également d'une inter-face radio d'un réseau WLAN ou d'un réseau d'émetteurs mobiles. L'expression horloge désigne les horloges en temps réel ainsi que les éléments de temporisation déclenchés par un autre générateur de signal (capteur ou autre). ls Dans un mode de construction simple et avantageux, l'actionneur a un dispositif de ressort précontraint lorsque les parties inférieures et supérieures sont montées, ce dispositif est maintenu à l'état précontraint par un élément de sécurité. L'élément de sécurité présente spécifiquement un fil fusible pouvant être coupé par le courant 20 électrique ou par un induit de traction actionné magnétiquement ou par une tige bimétal. Dans un mode de réalisation de l'invention, les premiers et seconds éléments de contact sont des contacts par enfichage qui viennent en prise les uns dans les autres lorsqu'on installe la partie su- es périeure sur la partie inférieure. De manière avantageuse, dans ce cas les premiers et/ou seconds éléments de contact sont élastiques pour rattraper une tolérance de positionnement. Dans un autre mode de construction de la boîte de raccordement proposé, des moyens d'enclipsage pour l'enclenchement mé- 30 canique entre la partie supérieure et la partie inférieure ou entre la partie supérieure et un support mécanique du dispositif de cellules solaires, maintiennent en prise les premiers et seconds éléments de con-tact et l'actionneur est réalisé de sorte que sa force d'actionnement est supérieure à la force de maintien des moyens d'enclipsage. Comme cela a été mentionné ci-dessus, la présente invention a pour objet en particulier des boîtes de contact d'un module solaire réalisé de manière habituelle avec des cellules solaires de type cristallin montées en chaîne et spécialement sur des bases de silicium. 5 Fondamentalement, la boîte de raccordement selon l'invention peut également servir en tant qu'unité de branchement pour d'autres dispositifs de cellules solaires également en liaison avec d'autres types de cellules solaires. Dessins io La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation de boîtes de raccorde-ment représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre une représentation schématique en perspective du montage de base d'une boîte de raccordement selon un mode de 15 réalisation de l'invention, - les figures 2A à 2C sont des vues de détail d'un actionneur selon un des modes de réalisation de l'invention, et - les figures 3A et 3B sont des vues d'ensemble d'une boîte de raccordement selon l'invention en coupe longitudinale schématique 20 dans deux états de fonctionnement. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre dans une représentation en perspective simplifiée, les pièces d'une boîte de raccordement 1 d'un module de cellules solaires, notamment une partie inférieure (corps de base) 3 avec 25 des câbles de liaison 5a et 513 et une partie supérieure (couvercle) 7. Un cadre périphérique en retrait 9 sur la face intérieure de la partie supérieure 7 a un bord arrière découpé de sorte qu'en prise avec les saillies 11 correspondantes moulées (ou insérées), on a une fermeture par enclipsage de la boîte à l'arête supérieure de la paroi intérieure de la partie 30 inférieure 3 lorsque l'on pose la partie supérieure est posée sur la partie inférieure simultanément au cours de la fermeture par enclipsage de la boîte de raccordement. La partie inférieure 3 montre un groupe de premiers moyens de contact Cl à C5 alors que des seconds moyens de contact 35 si à S5 sont disposés dans la position correspondante, en saillie per- 6 pendiculaire à la face intérieure de la partie supérieure 7. Dans le mode de réalisation représenté, les premiers moyens de contact C 1 à C5 ont essentiellement une surface rectangulaire et les seconds moyens de contact S1 à S5 sont réalisés à chaque fois par un segment de support s (non représenté en détail) et un ressort de contact en forme de S2 venant en saillie de celui-ci. Le ressort de contact est matériellement déterminé et dimensionné de sorte que les seconds éléments de contact, même pour des tolérances de finition réduites dans la partie inférieure et la partie supérieure, leurs dispositifs de contact viennent en prise de ma- so nière sûre avec les premiers éléments de contact, le contact électrique entre les deux étant maintenu pour une longue durée avec une faible résistance de passage. Dans la partie supérieure 7, la surface de support des seconds éléments de contact S1 à S5 est également réalisée comme sup- in port 13 pour des éléments de fonction électronique supplémentaire (sensiblement comme une plaque conductrice). Les contacts C1 à C5 de la boîte de raccordement sont branchés avec les cellules solaires moulées dans le module solaire et les deux câbles de branchement. Les con-tacts S1 à S5 du couvercle sont branchés avec la platine de support 13 20 des modules de constructions électroniques fixées dans le couvercle. La figure montre schématiquement que l'espace intérieur de la partie inférieure 3 contient un dispositif de commande 15 et un actionneur 17 pour la coupure d'urgence du dispositif de cellules solaires par la séparation de la partie supérieure 7 de la partie inférieure 25 3. De plus, le côté intérieur du fond de la partie inférieure a une couche de recouvrement 18 de couleur signalétique, ce qui permet à un observateur de reconnaître, même à une distance relativement importante que la partie supérieure ne se trouve plus sur la partie inférieure, c'est-à-dire qu'il y a eu une coupure d'urgence. 30 Le dispositif de commande 15 peut être un simple circuit de surveillance de température ou, réaliser une coupure du module de manière hautement complexe à l'aide d'une interface de communication par une telle commande. Chacune des variantes peut être combinée avec une surveillance de module qui par exemple détermine la tempéra- is ture du module et la tension du module et transmet l'information à une 7 centrale de calcul. L'électronique intégrée peut ainsi présenter un numéro de série individuel qui peut être interrogé par une interface de communication intégrée ou séparée. Le cas échéant, on peut envisager l'insertion d'une puce RFID. s Il existe également un grand nombre de modes de réalisation possibles pour la réalisation mécanique des parties de boîte de raccordement à condition d'une part que l'on ait une liaison mécanique sure et un contact électrique longue durée fiable et de faible résistance du premier et du second élément de contact et d'autre part que io l'actionneur garantisse une séparation mécanique sure. Pour la liaison mécanique des parties de boîtier, on peut envisager des moyens d'enclipsage ou de prise ainsi que des liaisons par collage et d'autres liaisons ainsi que la combinaison de plusieurs principes de liaison. Les figures 2A à 2C montrent en vue de côté ou en coupe ls transversale un dispositif goujon/douille précontraint par ressort en tant que mode de réalisation d'un actionneur 17. L'installation dans la boîte est représentée aux figures 3A et 3B. L'actionneur 17 comprend dans ce mode de réalisation une douille 19b formée sur une base de douille 19a dans laquelle un goujon 21b formé sur une base de goujon 20 21a opposée vient en prise en état non séparé de l'actionneur. Ces pièces peuvent être en matière synthétique. Des trous sont disposés dans la paroi de la douille 19b ainsi que dans le goujon 21b et dans la base de goujon 21a de sorte qu'un fil fusible 23 replié en forme de U, visible le plus facilement à la 25 figure 2B, relie la partie de douille 19 et la partie de goujon 21 entre elles et les fixe et les maintient en position. Les deux pièces 19, 21 sont mises en tension l'une par rapport à l'autre au moyen d'un ressort de pression 25 s'appuyant contre elles avec précontrainte. Aussitôt que, comme le montre la figure 2C, le fil fusible 23 a été séparé par un fort 30 passage de courant, la fixation disparait et le ressort de compression 25 se détend et sépare ainsi les pièces 19, 21. Les figures 3A et 3B montrent comment ce principe d'actionneur fonctionne pour une boîte de raccordement 1' d'un module solaire 27. Les premiers et seconds éléments de contact sont réalisés

8 comme dans la figure 1 et dans les figures 3A et 3B, exception faite des paires de contact C2 à S2, ne sont pas référencés à nouveau. La boîte de raccordement 1' selon les figures 3A et 3B se distingue de la boîte de raccordement 1 selon la figure 1 en ce que les deux actionneurs 17 sont réalisés selon les figures 2A à 2C. Les actionneurs 17 dans le mode de réalisation représenté ici sont fixés avantageusement à la face frontale intérieure de la partie supérieure 7' et s'appuient par la base 19a de la partie de douille 19 sur la surface de fond de la partie inférieure 3'. Lorsque le fil fusible 23 est coupé, alors, io comme le montre la figure 3B, la partie supérieure se sépare de la partie inférieure et simultanément, les seconds éléments de contact sortent de la prise des premiers éléments de contact et les liaisons électriques s'ouvrent. L'énergie électrique utilisée pour le fonctionnement du 15 dispositif de commande et pour activer l'actionneur (dans l'exemple, la coupure du fil fusible) peut être fournie par le module solaire lui-même d'autant plus qu'une séparation n'est nécessaire en cas normal qu'à la lumière du jour, c'est-à-dire en état de fonctionnement du module solaire. A l'état déclenché qui réalise la séparation galvanique totale, on 20 n'a plus besoin d'énergie. Les boîtes de contact peuvent être réutilisées simplement par la mise en place d'un nouveau couvercle. Les actionneurs activés dans l'ancien couvercle peuvent être recyclés. Grâce à la construction modulaire, la réparation peut se faire rapidement et de manière simple. 25 En complément de la couche de recouvrement permanente en couleur signalétique de la figure 1, dans la partie intérieure de la partie inférieure de la boîte de raccordement, qui est visible lors de l'éjection de la partie supérieure, on peut également prévoir dans la partie inférieure des moyens de signalisation optique de l'état séparé qui ne 30 sont activés que lors de la séparation de la liaison entre la partie inférieure et la partie supérieure comme un réservoir avec de la poudre colorée ou un liquide coloré qui est détruit directement par l'actionneur ou lors de l'éjection de la partie supérieure et libère son contenu. 35 NOMENCLATURE

1 boîte de raccordement 3 partie inférieure 5a, 513 câbles de liaison 7 partie supérieure (couvercle) 9 moyen d'enclipsage 11 saillies C1-05 moyens de contact io S1-S5 moyens de contact 13 platine support 15 installation de commande 17 actionneur de coupure de secours 18 couche de revêtement 15 19a base de douille 19b douille 21a base de broche 21 b broche 23 fil fusible 20 25 ressort de compression 27 module solaire 25

Claims

REVENDICATIONS1» Boîte de raccordement (1) d'un dispositif de cellules solaires (27), en particulier un module solaire avec un grand nombre de cellules solaires branchées en plusieurs chaînes (23), caractérisée en ce qu'elle corn- prend : - une partie inférieure (3; 21A) et une partie supérieure (7; 21B.1; 21B.2; 21B.3) séparée de celle-ci et reliée mécaniquement avec la partie supérieure, et - dans une des deux parties (partie inférieure et partie supérieure), to des premiers éléments de contact (C1-05) dont à l'état monté une partie est reliée aux cellules solaires et dont deux parties sont reliées à un câble de branchement (5a, 5b) du dispositif de cellules solaires et dans l'autre des deux parties inférieure et supérieure, il y a des seconds éléments de contact (S1-S5) reliés entre eux et qui à l'état 15 monté sont en contact électrique avec les premiers éléments de con-tact, et - avec un actionneur (17) pour séparer la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie supérieure, en particulier pour l'éjection totale de la partie supérieure de la partie inférieure et pour séparer 20 les contacts et les premiers et les seconds éléments de contact ainsi qu'une installation de commande (15) associée à la partie d'entrée de l'actionneur pour générer un signal de commande pour l'actionneur. 2» Boîte de raccordement selon la revendication 1, 25 caractérisée en ce que l'actionneur (17) et/ ou les premiers (Cl-05) et seconds éléments de con-tact (S1-S5) sont réalisés de sorte que la séparation de la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie supérieure de la liaison électrique sépare au moins un câble de raccordement (5A; 5B) du dis- 30 positif de cellules solaires (27). 3» Boîte de raccordement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'installation de commande (15) associée à l'actionneur, comprend un 35 capteur pour déterminer une grandeur d'état d'un dispositif de cellulessolaires et est réalisée de sorte qu'elle déclenche de manière correspondante l'actionneur (17) en réponse à un signal de capteur qui caractérise un état de fonctionnement anormal du dispositif de cellules solaires (27). 4» Boîte de raccordement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de commande (15) associée à l'actionneur, présente une horloge ou une interface de communication et est réalisée pour déclencher l'actionneur (17) après un temps prédéterminé ou lorsqu'on atteint un instant prédéterminé ou du fait de la réception d'un signal de déclenchement par l'interface de communication. 5» Boîte de raccordement selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que l'actionneur (17) a un dispositif de ressort (25) précontraint lorsque les parties inférieures et supérieures sont montées, ce dispositif est main-tenu à l'état précontraint par un élément de sécurité (23) commandé par l'installation de commande (15). 20 6» Boîte de raccordement selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément de sécurité comporte un fil fusible (23) pouvant être coupé par le flux électrique. 25 7» Boîte de raccordement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premiers éléments de contact (C1-05) sont disposés dans la partie inférieure (3) et sont fixés dans celle-ci lorsqu'elle est installée sur le 30 dispositif de cellules solaires de manière fixe, en particulier avec les chaînes du module solaire et les seconds éléments de contact (S1-S5) sont disposés dans la partie supérieure (7). 8» Boîte de raccordement selon la revendication 1, 35 caractérisée en ce queles premiers (C1-05) et seconds (S1-S5) éléments de contact sont des contacts par enfichage qui viennent en prise les uns dans les autres lorsqu'on installe la partie supérieure (7) sur la partie inférieure (3). 9» Boîte de raccordement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'enclipsage (9, 11) pour l'enclenchement mécanique entre la partie supérieure (7) et la partie inférieure (3) ou entre la partie supérieure et un support mécanique du dispositif de cellules solaires, Io moyens d'enclipsage qui maintiennent en prise les premiers (C1-05) et seconds (S1-S5) éléments de contact et l'actionneur est réalisé pour vaincre la force de maintien des moyens d'enclipsage. 10» Boîte de raccordement selon la revendication 1, 15 caractérisée en ce que l'espace intérieur de la partie inférieure (3) couvert à l'état relié par la partie supérieure (7), a une caractéristique de signal (18) permanente ou une installation pour obtenir une caractéristique de signal lors de la séparation de la liaison mécanique entre la partie inférieure et la partie 20 supérieure pour faciliter la reconnaissance de l'état éjecté de la partie supérieure. 11» Dispositif de cellules solaires, en particulier module solaire avec une boîte de raccordement selon l'une des revendications précédentes 25 1 à 10.