WO2021170371A1 - Architecture d' installations photovoltaiques - Google Patents

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WO2021170371A1
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PCT/EP2021/052789
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Djamel HADBI
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Electricite De France
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/30Electrical components
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the invention relates to the field of energy production by a set of at least one photovoltaic module.
  • a photovoltaic module (or panel) comprises a plurality of photovoltaic cells, for example 60 or 72 cells. Recently, a new type of photovoltaic cells has appeared: tandem cells. The tandem cells have a theoretical yield of more than 30% compared to 22% of conventional industrial PERC cells (PERC for “Passivated Emitter and Rear Cell”).
  • Tandem cells are composed of a stack of layers of different semiconductor materials, each P-N junction forming a sub-cell and therefore exhibiting different properties.
  • the optimal operating conditions for energy conversion are different depending on the nature of said layers.
  • tandem cells allow the cell as a whole to be efficient over a wider variety of operating conditions, making installations more flexible in terms of weather conditions, including light spectrum ranges, intensity of light. illumination and temperature.
  • each cell can have two terminals (or electrical terminals).
  • the sub-cells are then connected in series.
  • Such cells can then be connected in a conventional manner to the rest of the installation, in place of usual cells such as PERC cells.
  • the efficiency of each cell is limited by the lower current of all the junctions.
  • each cell may have a number of terminals equal to twice the number of types of junctions.
  • each cell has four terminals (or independent electrical terminals (one pair per junction).
  • the present disclosure improves the situation.
  • a photovoltaic system comprising an output inverter for connection to a third-party network, and at least one string, each string including at least one module of tandem photovoltaic cells, each module having a first pair of connectors and a second pair of connectors, the modules of a string being connected in series to each other by means of their first pair of connectors, the strings being connected to the output inverter in parallel with each other by through connectors of each chain among the first pairs of connectors, several modules being further connected in parallel via their second pairs of connectors so as to form a first group, said first group being further coupled, via said second pairs of connectors.
  • connectors upstream of the output inverter, to a second group of module (s) consisting of a single module or of a series of modules connected in series with each other by their first pairs of connectors.
  • Each module includes a converter.
  • Each first pair of connectors of a module is coupled to the second pair of connectors of said module through said converter.
  • the converter is driven by means of an SPMP peak power point tracking algorithm so that the power subtracted through the second pair of connectors is made independent of the operating conditions of the first pair of connectors.
  • the converter is mounted on a face of the module opposite to the operational face of the photovoltaic cells, so that the converter is protected from solar radiation.
  • the first group and the second group each comprise a number of modules different from each other, so that the ratio between these two numbers can be chosen to correspond at least approximately to the voltage or current ratio of unitary operation of each of the two sub-cells constituting the tandem photovoltaic cells.
  • the first group and the second group include the same modules.
  • the modules in a chain are assembled in series via their first pair of connectors on the one hand and via their second pairs of connectors on the other hand.
  • Each string further includes a converter disposed in series or parallel between the string formed via the first pairs of connectors and the string formed via the second pairs of connectors.
  • Each converter is driven using an SPMP peak power point tracking algorithm so that the power subtracted through the second pair of connectors is made independent of the operating conditions of the first pair of connectors.
  • the converter arranged in series or in parallel between the chain formed via the first pairs of connectors and the chain formed via the second pairs of connectors, consists of two power switches.
  • the output inverter includes a modular inverter with multiple inputs, said inverter being controlled by means of independent MPP maximum power point tracking algorithms on each input so that the power subtracted via the second pairs of connectors is made independent of the operating conditions of the first pairs of connectors.
  • FIG. 1 illustrates the current or power characteristics as a function of the voltage of a conventional module for different operating conditions.
  • FIG. 2 shows a chain of tandem photovoltaic cells with two terminals.
  • FIG. 3 shows a detail of a two-terminal tandem photovoltaic cell.
  • FIG. 4 shows a chain of tandem photovoltaic cells with four terminals.
  • FIG. 5 shows a detail of a four-terminal tandem photovoltaic cell.
  • FIG. 6 shows a string of tandem photovoltaic cells with three terminals.
  • Fig. 7 shows a string of tandem photovoltaic cells with three terminals.
  • FIG. 7 shows a detail of a three-terminal tandem photovoltaic cell.
  • FIG. 8 shows a two terminal photovoltaic module.
  • FIG. 9 illustrates current characteristics as a function of the voltage of the module of the preceding figure.
  • FIG. 10 shows a photovoltaic module with four terminals.
  • FIG. 11 illustrates current characteristics as a function of the voltage of the module of the preceding figure.
  • FIG. 12 shows a two terminal module photovoltaic system.
  • FIG. 13 represents a photovoltaic system with four terminal modules (connectors, cables and split inverter).
  • Fig. 14 represents a photovoltaic system with four terminal modules (connectors, cables and split inverter).
  • FIG. 14 represents a photovoltaic module with four terminals, the outputs of which are connected in series.
  • FIG. 15 illustrates current characteristics as a function of the voltage of the module of the preceding figure.
  • Fig. 16 illustrates current characteristics as a function of the voltage of the module of the preceding figure.
  • FIG. 16 represents a photovoltaic module with four terminals, the outputs of which are connected in parallel.
  • FIG. 17 illustrates current characteristics as a function of the voltage of the module of the preceding figure.
  • FIG. 18 shows a four-terminal photovoltaic module whose outputs are coupled according to an example of an embodiment A.
  • Fig. 19 shows a four-terminal photovoltaic module whose outputs are coupled according to an example of an embodiment A.
  • FIG. 19 illustrates current characteristics as a function of the voltage of the module of the preceding figure.
  • FIG. 20 shows a four terminal module photovoltaic system whose outputs are coupled according to an example of embodiment B.
  • FIG. 21 shows a four terminal module photovoltaic system whose outputs are coupled according to an example of an embodiment C1.
  • FIG. 22 shows a four terminal module photovoltaic system whose outputs are coupled according to an example of an embodiment C2.
  • Fig. 23 shows a four terminal module photovoltaic system whose outputs are coupled according to an example of an embodiment C2.
  • FIG. 23 shows a four terminal module photovoltaic system whose outputs are coupled according to an example of an embodiment D.
  • system designates a photovoltaic installation as a whole, such as an electrical energy production plant including a plurality of photovoltaic "modules";
  • module designates what is commonly called a photovoltaic panel and including a plurality of photovoltaic "cells” (here tandem cells; usually 60 or 72 cells per module);
  • tandem “cell” designates the union of several "sub-cells”, generally in the form of a stack of layers;
  • sub-cell refers to the combination of two layers of different materials forming a P-N junction and at the origin of the physical phenomenon of electricity generation under the effect of lighting.
  • each sub-cell, each cell, each photovoltaic module, each string and each system has a theoretical maximum production point (or MPP for “Maximum Power Point”) defined by current and operating voltage conditions.
  • MPP maximum production point
  • FIG. 1 shows the dependence of the characteristics of current, voltage, power, temperature and illumination of a module based on non-tandem cells (a single P-N junction per cell).
  • inverters controlled by means of an MPPT ("Maximum Power Point Tracker") algorithm which makes it possible to be placed as close as possible to a maximum power point in imposing current or voltage.
  • MPPT Maximum Power Point Tracker
  • Each element of the system has an MPP which is specific to it at each moment. It is therefore possible to provide controlled converters which make it possible to vary the operating conditions (current and voltage) of the elements with which they are associated.
  • the photovoltaic cells are tandem cells, that is to say comprising a plurality of sub-cells (two sub-cells in the examples shown).
  • the two sub-cells are of different physical nature from each other, which gives them different behaviors and properties under the effect of lighting. Therefore, in operation under similar illumination, the voltage and current across each of the sub-cells are generally different for each of the sub-cells.
  • FIG. 2 A chain 101 of cells 1 connected in series to one another is shown therein.
  • the subcells are connected in series with each other. So the cell 1 has only two terminals T1 and T2 (or connection terminals).
  • the single 101 chain can be seen as a module on its own. Such a module then presents itself only two terminals T1 and T2 (at the top in [FIG. 2]).
  • Such cells are then compatible with existing infrastructures of modules accommodating cells with two connectors.
  • Such modules are then compatible with existing infrastructures of systems accommodating modules with two connectors. The simplification and backward compatibility is improved to the detriment of the energy efficiency which is limited by the lower current of the two sub-cells (or of the two PN junctions).
  • Each chain and / or module can further include a diode arranged between the two terminals T1 and T2. This prevents the reverse current and therefore the string and / or the module consume electricity from the external network to which he / she is connected.
  • FIG. 4 The sub-cells are similar to those of [Fig. 2] and [Fig. 3] In contrast, the sub-cells are not connected to each other in series but remain independent of each other.
  • cell 1 has four terminals, ie two pairs: T 1 and T2 on the one hand and T3 and T4 on the other hand.
  • a first chain 101 similar to that of [Fig. 2] and [Fig. 3] corresponds to the serialization of cells 1 via their first pair of terminals T1 and T2.
  • the chain 101 then also has two terminals T1 and T2 (at the top in [Fig. 4]).
  • a second chain 102 similar to the first corresponds to the serialization of cells 1 via their second pair of terminals T3 and T4.
  • the chain 102 then also has two terminals T3 and T4 (below in [Fig. 4]).
  • the two sub-cells are physically integral with each other within each cell 1, the currents from each of the two types of sub-cells are dissociated at the output of cell 1. Two sets of specific connections to each of the two types of sub-cells are implemented.
  • each of the two outputs T1-T2 and T3-T4 of the assembly shown in [Fig. 4] can be seen as a photovoltaic sub-module independent of each other. It therefore becomes possible, at least in theory, extract a maximum of power for each sub-cell (each junction) as a function of its nature and in particular of the semiconductor material used. For this, independent networks (electrically isolated from each other) can be provided downstream. This implies, for the cases of tandem cells with two subcells, doubling the cables, doubling the contacts, doubling the inverters and doubling the control components compared to existing installations with conventional cells (non-tandem). This further increases the risk of malfunction and costs both for installation and maintenance.
  • each junction In a tandem module, the performance of each junction is different because of the different characteristics of the semiconductor materials. In addition, these physical characteristics (such as bandgap energy or temperature coefficients) evolve differently with respect to solar irradiation and temperature.
  • FIG. 8 illustrates a module with two terminals T1 and T2 while [Fig. 9] illustrates the characteristics of the module with two terminals T1 and T2.
  • the [Fig. 10] illustrates a module with four terminals T1 to T4 while [Fig. 11] illustrates the characteristics of the module with four terminals T1 to T4.
  • the current-voltage characteristic of the two-terminal module T1-T2 is unique while each pair T1-T2 and T3-T4 of the four-terminal module has its own current-voltage characteristic which depends on the architecture of the modules ( band gap energy and intermediate transmission) but also the climatic conditions undergone by the module (temperature and light irradiation).
  • FIG. 12 shows a photovoltaic system.
  • the system 10 comprises an output inverter 11.
  • the system 10 is connected at the output to a third party network 1000 via the output inverter 11.
  • the system 10 further comprises a plurality of strings each bearing an index i, i being a positive integer ranging from 1 to I where I is the number of chains.
  • Each chain includes a plurality of modules 1 of tandem photovoltaic cells.
  • Each module 1 jj carries the index i of the chain to which it belongs and an index j identifying it within the chain, j being a positive integer ranging from 1 to J where J is the number of modules 1 of the chain .
  • modules 1 In an installation with modules 1 with a single pair of T1-T2 connectors (for example as shown in [Fig. 2], [Fig. 3], [Fig. 8] and [Fig. 9]) the modules are connected in series in order to achieve a level of voltage that can be used by medium power converters, for example between 800 V and 1,500 V.
  • the strings are connected in parallel with each other in order to add their currents and achieve a high power level.
  • the simplest architecture comprises a single output inverter 11 to which all the chains of modules are connected.
  • the output inverter 11 is connected, at the output, to the third-party network 1000.
  • Such an architecture is particularly suitable for very high power plants because it is particularly reliable and economical: a single converter is sufficient and inexpensive in relation to the quantity of The energy supplied to the third-party network 1000.
  • a set of sensors and a control-command and monitoring subsystem is sufficient.
  • Each module 1 jj has a first pair of connectors T 1 jj, T2jj and a second pair of connectors T3i, T4ij, the indices corresponding to those of module 1 jj.
  • the 1 jj modules are connected via their first pair of connectors T 1 jj, T2jj in an identical manner to what has been described above for [Fig. 12]
  • the modules 1 are further connected to it via their second pair of connectors T3i, T4ij in an identical manner to what has been described above for [Fig. 12] but by means of separate wiring from those used for the first pairs of connectors T 1 jj, T2jj.
  • a second output inverter 11 is arranged between the second wiring and the third-party network 1000.
  • each pair of terminals behaves like an independent module: terminals of the same type are connected in series in order to reach an exploitable voltage level (for example between 800 V and 1500 V ), especially if you want to use the same type of inverters for both networks.
  • an exploitable voltage level for example between 800 V and 1500 V
  • the two types of terminals may correspond to different voltages from each other. Different output inverters can then be implemented.
  • a DC-DC (direct current-direct current) converter 12 is arranged between the first pair of connectors T1-T2 and the second pair of connectors T3-T4.
  • the converter 12 can be, for example, a simple “boost” converter (or parallel chopper). It can be composed in particular of two semiconductor switches: a transistor and a diode.
  • the control of the converter 12 may include implementing an MPPT algorithm to optimize the power withdrawn from the second pair of connectors T3-T4 regardless of the operating point of the first pair of connectors T1-T2.
  • the converter 12 can be integrated into the tandem module, so that the output of the module downstream of the converter 12 is equivalent to a module with two connectors, which makes it possible to adapt such a module to existing conventional architectures.
  • the converter 12 is arranged on the back of the module (on the side of the module not exposed to the sun). By being protected from direct sunlight and high temperature, the risk of the converter overheating is limited.
  • a plurality of modules 1 are put in parallel via their second pair T3-T4 to achieve a current range equivalent to that of a single module 1 via its first pair T1-T2.
  • a single paralleling is shown in [Fig. 20]
  • several parallelings are applied on the system 10.
  • b being the whole number (rounded) of modules 1 to be put in parallel.
  • Embodiment B and its variants make it possible, with a relatively low cost (connection and cables), to connect pairs of connectors having different characteristics.
  • the operating point remains limited by the lowest voltage which limits the production of each pair in particular when the operating point changes due to a change in solar irradiation or temperature.
  • the second connectors T3- T4 are connected in parallel with the first connectors T1-T2 on the main bus via the converter 12.
  • the second connectors T3- T4 form a secondary bus while the first connectors T1 -T2 form the main bus.
  • the two buses are connected to each other in parallel, each via a converter 11, 12.
  • the second connectors T3-T4 are connected in series with the first connectors. T1-T2 on the main bus via converter 12.
  • the two buses are connected to each other in series, each via output inverter 11 and converter 12.
  • a combination of embodiments B and C can achieve a good cost-complexity compromise.
  • modes C1 or C2 (converters shared on several modules) make it possible to smooth out any remaining differences at the output.
  • converter 13 is particular.
  • the converter 13 includes a central modular inverter of type CHB or MMC (CHB for “Cascaded H Bridge” and MMC for “Multilevel Modular Converter”).
  • CHB Central System for Mobile Communications
  • MMC Multilevel Modular Converter
  • the converter 13 makes it possible to connect second pairs T3-T4 (placed in series and / or in parallel) directly at the level of one or more submodules.
  • the function of optimizing the second pairs T3-T4 can then be integrated into the controller of the converter 13, here forming a central inverter.
  • the modular central inverter then also performs the function of decoupling between the first and second pairs T1-T2 and T3-T4 which have different characteristics. No additional DC-DC converter is required.
  • Embodiments A are applicable to all photovoltaic installations.
  • a module with four connectors according to embodiment A behaves like a conventional module with better efficiency. It can therefore be used in small domestic installations, on the roofs of buildings and in photovoltaic power plants. This solution can therefore be applied to new installations as well as to the renovation of existing installations.
  • Embodiments B and C are applicable to all photovoltaic installations having at least one chain of modules.
  • Embodiment D is particularly suitable for large-scale installations and can advantageously replace existing solutions based on inverters of the "string” type or of the "central” type.
  • Converter + output inverter - 101, 102: chain; - 1000: Third party network.

Abstract

Un système photovoltaïque comprenant un onduleur de sortie (11) pour une connexion à un réseau tiers (1000), et au moins une chaîne, chaque chaîne incluant au moins un module (1) de cellules photovoltaïques tandem, chaque module présentant une première et une seconde paire de connecteurs. Les modules d'une chaîne sont reliés en série par l'intermédiaire de leur première paire de connecteurs. Les chaînes sont reliées à l'onduleur de sortie en parallèle les unes des autres par l'intermédiaire de connecteurs de chaque chaîne parmi les premières paires de connecteurs. Plusieurs modules sont reliés en parallèle via leurs secondes paires de connecteurs de manière à former un premier groupe couplé, via lesdites secondes paires de connecteurs, en amont de l'onduleur de sortie, à un second groupe de module(s) constitué d'un module seul ou d'une série de modules reliés en série entre eux par leurs premières paires de connecteurs.

Description

Description
Titre : Architecture d’installations photovoltaïques
Domaine technique
[0001] L’invention relève du domaine de la production d’énergie par un ensemble d’au moins un module photovoltaïque.
Technique antérieure
[0002] Un module (ou panneau) photovoltaïque comprend une pluralité de cellules photovoltaïques, par exemple 60 ou 72 cellules. Depuis peu, un nouveau type de cellules photovoltaïques est apparu : les cellules tandem. Les cellules tandem présentent un rendement théorique de plus de 30% à comparer aux 22% des cellules classiques PERC industrielles (PERC pour « Passivated Emitter and Rear Cell »).
[0003] Les cellules tandem sont composées d’un empilement de couches de matériaux semi-conducteurs différents, chaque jonction P-N formant une sous- cellule et présentant donc des propriétés différentes. Les conditions de fonctionnement optimales pour la conversion d’énergie sont différentes en fonction de la nature des dites couches. Autrement dit, les cellules tandem permettent à la cellule dans son ensemble d’être efficace sur une plus grande variété de conditions de fonctionnement, rendant les installations plus souples en termes de conditions météorologiques, notamment les gammes de spectre lumineux, l’intensité de l’éclairement et la température.
[0004] Lorsque plusieurs types de jonctions P-N sont présentes, chaque cellule peut présenter deux terminaux (ou bornes électriques). Les sous-cellules sont alors connectées en série. De telles cellules peuvent alors être raccordées de manière classique au reste de l’installation, à la place de cellules usuelles telles que les cellules PERC. Cependant, en pratique, le rendement de chaque cellule est limité par le plus faible courant de l’ensemble des jonctions. Dans d’autres cas, chaque cellule peut présenter un nombre de terminaux égal au double du nombre de types de jonctions. Par exemple, chaque cellule présente quatre terminaux (ou bornes) électriques indépendants (une paire par jonction). Comme cela est indiqué dans US 2017/0040557, et comme pour les autres éléments des installations photovoltaïques, il est théoriquement possible d’associer à chaque sous-cellule un convertisseur. Cela permet de découpler le fonctionnement des sous-cellules et donc de rendre leur rendement indépendant les unes des autres. En pratique, il reste nécessaire de (au moins) dédoubler les autres composants de l’installation (connecteurs, câblages, onduleurs, etc.), ce qui augmente significativement les risques de disfonctionnements et les coûts. En outre, les convertisseurs sont encombrants et sensibles à la chaleur due au rayonnement solaire, ce qui réduit encore en pratique la pertinence d’un tel système.
Résumé
[0005] La présente divulgation vient améliorer la situation.
[0006] Il est proposé un système photovoltaïque comprenant un onduleur de sortie pour une connexion à un réseau tiers, et au moins une chaîne, chaque chaîne incluant au moins un module de cellules photovoltaïques tandem, chaque module présentant une première paire de connecteurs et une seconde paire de connecteurs, les modules d’une chaîne étant reliés en série les uns aux autres par l’intermédiaire de leur première paire de connecteurs, les chaînes étant quant à elles reliées à l’onduleur de sortie en parallèle les unes des autres par l’intermédiaire de connecteurs de chaque chaîne parmi les premières paires de connecteurs, plusieurs modules étant en outre reliés en parallèle via leurs secondes paires de connecteurs de manière à former un premier groupe, ledit premier groupe étant en outre couplé, via lesdites secondes paires de connecteurs, en amont de l’onduleur de sortie, à un second groupe de module(s) constitué d’un module seul ou d’une série de modules reliés en série entre eux par leurs premières paires de connecteurs.
[0007] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en oeuvre. Elles peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0008] Chaque module comprend un convertisseur. Chaque première paire de connecteurs d’un module est couplé à la seconde paire de connecteurs dudit module par l’intermédiaire dudit convertisseur. Le convertisseur est piloté au moyen d’un algorithme de suivi du point maximal de puissance SPMP de sorte que la puissance soustraite via la seconde paire de connecteurs soit rendue indépendante des conditions de fonctionnement de la première paire de connecteurs.
[0009] Le convertisseur est monté sur une face du module opposée à la face opérationnelle des cellules photovoltaïques, de sorte que le convertisseur est protégé des rayonnements solaires.
[0010] Le premier groupe et le second groupe comprennent chacun un nombre de modules différent l’un de l’autre, de sorte que le rapport entre ces deux nombres peut être choisi pour correspondre au moins approximativement au rapport de tension ou de courant de fonctionnement unitaire de chacune des deux sous- cellules constituant les cellules photovoltaïques tandem.
[0011] Le premier groupe et le second groupe comprennent les mêmes modules. Les modules d’une chaîne sont assemblés en série via leur première paire de connecteurs d’une part et via leurs secondes paires de connecteurs d’autre part. Chaque chaîne inclut en outre un convertisseur disposé en série ou en parallèle entre la chaîne formée via les premières paires de connecteurs et la chaîne formée via les secondes paires de connecteurs. Chaque convertisseur est piloté au moyen d’un algorithme de suivi du point maximal de puissance SPMP de sorte que la puissance soustraite via la seconde paire de connecteurs soit rendue indépendante des conditions de fonctionnement de la première paire de connecteurs.
[0012] Le convertisseur, disposé en série ou en parallèle entre la chaîne formée via les premières paires de connecteurs et la chaîne formée via les secondes paires de connecteurs, est constitué de deux interrupteurs de puissances. [0013] L’onduleur de sortie inclut un onduleur modulaire à multiples entrées, ledit onduleur étant piloté au moyen d’algorithmes de suivi du point maximal de puissance MPP indépendants sur chaque entrée de sorte que la puissance soustraite via les secondes paires de connecteurs soit rendue indépendante des conditions de fonctionnement des premières paires de connecteurs.
Brève description des dessins
[0014] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
Fig. 1
[0015] [Fig. 1] illustre des caractéristiques courant ou puissance en fonction de la tension d’un module classique pour différentes conditions de fonctionnement.
Fig. 2
[0016] [Fig. 2] montre une chaîne de cellules photovoltaïques tandem à deux terminaux.
Fig. 3
[0017] [Fig. 3] montre un détail d’une cellule photovoltaïque tandem à deux terminaux.
Fig. 4
[0018] [Fig. 4] montre une chaîne de cellules photovoltaïques tandem à quatre terminaux.
Fig. 5
[0019] [Fig. 5] montre un détail d’une cellule photovoltaïque tandem à quatre terminaux.
Fig. 6
[0020] [Fig. 6] montre une chaîne de cellules photovoltaïques tandem à trois terminaux. Fig. 7
[0021] [Fig. 7] montre un détail d’une cellule photovoltaïque tandem à trois terminaux.
Fig. 8 [0022] [Fig. 8] représente un module photovoltaïque à deux terminaux.
Fig. 9
[0023] [Fig. 9] illustre des caractéristiques de courant en fonction de la tension du module de la figure précédente.
Fig. 10 [0024] [Fig. 10] représente un module photovoltaïque à quatre terminaux.
Fig. 11
[0025] [Fig. 11] illustre des caractéristiques de courant en fonction de la tension du module de la figure précédente.
Fig. 12 [0026] [Fig. 12] représente un système photovoltaïque à modules à deux terminaux.
Fig. 13
[0027] [Fig. 13] représente un système photovoltaïque à modules à quatre terminaux (connectique, câbles et onduleur dédoublés). Fig. 14
[0028] [Fig. 14] représente un module photovoltaïque à quatre terminaux dont les sorties sont mises en série.
Fig. 15
[0029] [Fig. 15] illustre des caractéristiques de courant en fonction de la tension du module de la figure précédente. Fig. 16
[0030] [Fig. 16] représente un module photovoltaïque à quatre terminaux dont les sorties sont mises en parallèle.
Fig. 17 [0031] [Fig. 17] illustre des caractéristiques de courant en fonction de la tension du module de la figure précédente.
Fig. 18
[0032] [Fig. 18] représente un module photovoltaïque à quatre terminaux dont les sorties sont couplées selon un exemple d’un mode de réalisation A. Fig. 19
[0033] [Fig. 19] illustre des caractéristiques de courant en fonction de la tension du module de la figure précédente.
Fig. 20
[0034] [Fig. 20] représente un système photovoltaïque à modules à quatre terminaux dont les sorties sont couplées selon un exemple d’un mode de réalisation B.
Fig. 21
[0035] [Fig. 21 ] représente un système photovoltaïque à modules à quatre terminaux dont les sorties sont couplées selon un exemple d’un mode de réalisation C1 .
Fig. 22
[0036] [Fig. 22] représente un système photovoltaïque à modules à quatre terminaux dont les sorties sont couplées selon un exemple d’un mode de réalisation C2. Fig. 23
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP [0037] [Fig. 23] représente un système photovoltaïque à modules à quatre terminaux dont les sorties sont couplées selon un exemple d’un mode de réalisation D.
[0038] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0039] Dans la suite, il est considéré que :
- un « système » désigne une installation photovoltaïque dans son ensemble, tel une usine de production d’énergie électrique incluant une pluralité de « modules » photovoltaïques ;
- un « module » désigne ce qu’on appelle couramment un panneau photovoltaïque et incluant une pluralité de « cellules » photovoltaïques (ici des cellules tandem ; usuellement 60 ou 72 cellules par module) ;
- une « cellule » tandem désigne la réunion de plusieurs « sous-cellules », généralement sous la forme d’un empilement de couches ;
- une « sous-cellule » désigne la combinaison de deux couches de matériaux différents formant une jonction P-N et à l’origine du phénomène physique de génération d’électricité sous l’effet d’un éclairement.
Principes physiques
[0040] Pour une bonne performance d’un système photovoltaïque (typiquement une usine de production, ou « ferme photovoltaïque »), le rendement des composants élémentaires est une des clés. Les cellules tandem présentent en théorie un bon rendement.
[0041] En particulier, comme pour les cellules photovoltaïques classiques (non tandem), les caractéristiques (tension et courant) des sous-cellules sont différentes les unes des autres. Chaque sous-cellule, chaque cellule, chaque module photovoltaïque, chaque chaîne et chaque système présente un point de production maximum théorique (ou MPP pour « Maximum Power Point ») défini par des conditions de courant et de tension de fonctionnement. Ce MPP varie d’un élément à l’autre. Le MPP dépend notamment :
- des propriétés intrinsèques des éléments, qui peuvent être différentes en fonction des conditions de fabrication, même entre deux modèles théoriquement identiques, et qui sont volontairement différentes entre deux sous-cellules d’une cellule tandem,
- du vieillissement,
- de la salissure,
- de l’éclairement (exposé au soleil ou à l’ombre),
- de la température.
[0042] Il est maintenant fait référence à la [Fig. 1] À titre d’exemple, il y est représenté la dépendance des caractéristiques de courant, tension, puissance, température et éclairement d’un module à base de cellules non tandem (une unique jonction P-N par cellule). De manière grossière, on peut considérer que l’irradiation lumineuse influence majoritairement le courant produit alors que la tension varie peu en comparaison. Au contraire, la température influence davantage la tension, les écarts de courant étant plus faibles.
[0043] Dans les installations classiques, les caractéristiques de certains éléments sont maîtrisées via des onduleurs pilotés au moyen d’un algorithme MPPT (« Maximum Power Point Tracker ») qui permet de se placer au plus près d’un point de puissance maximale en imposant le courant ou la tension.
[0044] Remplacer les cellules classiques par des cellules tandem dans des systèmes existants conduit à limiter le rendement de chaque cellule tandem au plus faible rendement des sous-cellules qui la compose. De même, cela conduit à limiter le rendement de chaque module de cellules tandem au plus faible rendement des cellules qui le compose. Le rendement global réel du système s’en trouve limité. La différence entre le rendement réel et le rendement théorique est d’autant plus dégradée que la puissance du spectre lumineux est réduite ou que l’énergie photon moyenne (ou APE pour « Average Photon Energy ») est faible, par exemple inférieure à 1,78eV, ce qui correspond à des conditions d’ensoleillement hivernales fréquentes en France métropolitaine. [0045] En combinaison de l’utilisation de cellules tandem, il est donc préférable d’exploiter l’énergie disponible dans chaque sous-cellule quelles que soient les conditions météorologiques en découplant les sous-cellules hétérogènes entre elles. L’optimisation de l’environnement immédiat des cellules est donc aussi une des clés d’une bonne performance énergétique : l’intégralité de la chaîne de conversion doit être adaptée pour préserver le gain de rendement permis par les cellules tandem, depuis les couches P-N des sous-cellules jusqu’au nœud de connexion au réseau de transport ou de distribution.
[0046] Chaque élément du système présente un MPP qui lui est propre à chaque instant. Il est donc possible de prévoir des convertisseurs pilotés qui permettent de faire varier les conditions de fonctionnement (courant et tension) des éléments auxquels ils sont associés.
[0047] En théorie, il est possible de faire fonctionner chacun des éléments dans des conditions de courant et de tension contrôlées individuellement en équipant chaque élément d’un onduleur piloté au moyen d’un algorithme MPPT. Cependant, le nombre d’optimiseurs et les propriétés des optimiseurs adaptés aux grandes puissances rendent les coûts d’installation et de maintenance prohibitifs, en particulier pour les installations de forte puissance.
Description des modes de réalisation
[0048] Dans la suite, les cellules photovoltaïques sont des cellules tandem, c’est- à-dire comprenant une pluralité de sous-cellules (deux sous-cellules dans les exemples représentés). Au sein d’une cellule tandem, référencée 1 dans la suite, les deux sous-cellules sont de natures physiques différentes l’une de l’autre, ce qui leur confère des comportements et propriétés différentes sous l’effet d’un éclairement. Par conséquent, en fonctionnement sous un éclairement similaire, la tension et le courant aux bornes de chacune des sous-cellules sont généralement différents pour chacune des sous-cellules.
[0049] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 2] et [Fig. 3] Une chaîne 101 de cellules 1 reliées en série les unes aux autres y est représentée. Dans cet exemple, les sous-cellules sont connectées en série l’une avec l’autre. Ainsi, la cellule 1 présente seulement deux terminaux T1 et T2 (ou bornes de connexion). Dans cet exemple simplifié, la chaîne 101 unique peut être vue comme un module à elle seule. Un tel module présente alors lui-même seulement deux terminaux T1 et T2 (en haut sur la [Fig. 2]). De telles cellules sont alors compatibles avec des infrastructures existantes de modules accueillant des cellules à deux connecteurs. De tels modules sont alors compatibles avec des infrastructures existantes de systèmes accueillant des modules à deux connecteurs. La simplification et la rétrocompatibilité est améliorée au détriment du rendement énergétique qui est limité par le plus faible courant des deux sous-cellules (ou des deux jonctions P-N).
[0050] Chaque chaîne et/ou module peut comprendre en outre une diode disposée entre les deux terminaux T1 et T2. Cela permet d’empêcher l’inversion du courant et donc que la chaîne et/ou le module consomment l’électricité du réseau externe auquel il/elle est connecté.
[0051] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 4] et [Fig. 5] Les sous-cellules sont similaires à celles des [Fig. 2] et [Fig. 3] En revanche, les sous-cellules ne sont pas connectées l’une à l’autre en série mais reste indépendantes l’une de l’autre. Ainsi, la cellule 1 présente quatre terminaux, soit deux paires : T 1 et T2 d’une part et T3 et T4 d’autre part. Dans cet exemple simplifié, une première chaîne 101 similaire à celle des [Fig. 2] et [Fig. 3] correspond à la mise en série des cellules 1 via leur première paire de terminaux T1 et T2. La chaîne 101 présente alors aussi deux terminaux T1 et T2 (en haut sur la [Fig. 4]). En outre, une deuxième chaîne 102 similaire à la première correspond à la mise en série des cellules 1 via leur deuxième paire de terminaux T3 et T4. La chaîne 102 présente alors, aussi, deux terminaux T3 et T4 (en bas sur la [Fig. 4]). Bien que les deux sous-cellules soient physiquement solidaires l’une de l’autre au sein de chaque cellule 1, les courants issus de chacun des deux types de sous-cellules sont dissociés en sortie de la cellule 1. Deux jeux de connectiques propres à chacun des deux types de sous-cellules sont mis en œuvre.
[0052] Électriquement, chacune des deux sorties T1-T2 et T3-T4 de l’assemblage représenté en [Fig. 4] peut être vue comme un sous-module photovoltaïque indépendant l’un de l’autre. Il devient donc possible, au moins en théorie, d’extraire un maximum de puissance pour chaque sous cellule (chaque jonction) en fonction de sa nature et notamment du matériau semi-conducteur utilisé. Pour cela, des réseaux indépendants (isolés électriquement les uns des autres) peuvent être prévus en aval. Cela implique, pour les cas de cellules tandem à deux sous-cellules, de doubler les câbles, de doubler les contacts, de doubler les onduleurs et de doubler les composants de pilotage par rapport aux installations existantes à cellules classiques (non tandem). Cela augmente d’autant les risques de disfonctionnement et les coûts tant à l’installation qu’à l’entretien. En outre, de telles cellules sont souvent incompatibles avec les infrastructures existantes de modules et systèmes à deux connecteurs. Le rendement théorique, qui n’est plus limité par le plus faible courant des deux sous-cellules (ou des deux jonctions P-N), est amélioré au détriment de la rétrocompatibilité et de la fiabilité.
[0053] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 6] et [Fig. 7] Cet exemple peut être vu comme une solution hybride des deux précédentes. Par comparaison avec l’exemple des [Fig. 4] et [Fig. 5], un potentiel commun est créé entre les deux sous-cellules. Une ligne d’extraction de courant sur l’une des deux sous-cellules est créée afin d’empêcher l’égalisation du courant traversant les deux sous- cellules (les deux jonctions). Cela permet théoriquement d’atteindre des rendements similaires à ceux de l’architecture précédentes ([Fig. 6] et [Fig. 7]) en réduisant la sortie à seulement trois connectiques au lieu de quatre. Une telle architecture est particulièrement adaptée aux cellules à base de silicium ayant une structure à contact arrière interdigité (ou IBC pour « interdigitated back contact »), notamment car leurs contacts sont intégralement reportés sur une de leur face. De tels cellules restent néanmoins complexes (et donc coûteuses) à fabriquer.
[0054] Dans ce qui suit, des modes de réalisation qui permettent d’améliorer la situation par rapport aux exemples du mode de réalisation de la [Fig. 2] Ces modes de réalisation, en particulier combinés aux architectures à quatre terminaux (ou 4T) de la [Fig. 4] et/ou à trois terminaux (ou 3T) de la [Fig. 6] permettent à la fois un découplage des sous-cellules des cellules tandem, en aval des cellules elles-mêmes, de manière à profiter en pratique du bon rendement théorique des cellules tandem tout en évitant la multiplication des raccordements, câblages et composants électriques.
[0055] Dans un module tandem, les performances de chaque jonction sont différentes à cause des caractéristiques différentes des matériaux semi- conducteurs. De plus, ces caractéristiques physiques (tels que l’énergie de bande interdite ou les coefficients de température) évoluent différemment par rapport à l’irradiation solaire et à la température.
[0056] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 8], [Fig. 9], [Fig. 10] et [Fig. 11] La [Fig. 8] illustre un module à deux terminaux T1 et T2 tandis que la [Fig. 9] illustre les caractéristiques du module à deux terminaux T1 et T2. Plus la courbe est « large » (courant constant pour une large gamme de tensions), plus la puissance développée par un module est grande. La [Fig. 10] illustre un module à quatre terminaux T1 à T4 tandis que la [Fig. 11] illustre les caractéristiques du module à quatre terminaux T1 à T4. La caractéristique courant-tension du module à deux terminaux T1-T2 est unique tandis que chaque paire T1-T2 et T3-T4 du module à quatre terminaux présente une caractéristique courant-tension qui lui est propre et fonction de l’architecture des modules (énergie de bande interdite et transmission intermédiaire) mais également des conditions climatiques subies par le module (température et irradiation lumineuse).
[0057] Il est maintenant fait référence à la [Fig. 12] La [Fig. 12] représente un système 10 photovoltaïque. Le système 10 comprend un onduleur de sortie 11. Le système 10 est relié en sortie à un réseau tiers 1000 par l’intermédiaire de l’onduleur de sortie 11. Le système 10 comprend en outre une pluralité de chaînes portant chacune un indice i, i étant un entier positif allant de 1 à I où I est le nombre de chaînes. Chaque chaîne inclut une pluralité de modules 1 de cellules photovoltaïques tandem. Chaque module 1 jj porte l’indice i de la chaîne à laquelle il appartient et un indice j l’identifiant au sein de la chaîne, j étant un entier positif allant de 1 à J où J est le nombre de modules 1 de la chaîne.
[0058] Dans une installation avec des modules 1 à une seule paire de connecteurs T1-T2 (par exemple tels que représenté aux [Fig. 2], [Fig. 3], [Fig. 8] et [Fig. 9]) les modules sont raccordés en série afin d’atteindre un niveau de tension exploitable par des convertisseurs de puissance moyenne, par exemple entre 800 V et 1 500 V. Les chaînes sont connectées en parallèle les unes des autres afin d’additionner leurs courants et d’atteindre un niveau de puissance élevé. L’architecture la plus simple comprend un unique onduleur de sortie 11 sur lequel est raccordé l’ensemble des chaînes de modules. L’onduleur de sortie 11 est relié, en sortie, au réseau tiers 1000. Une telle architecture est particulièrement adaptée aux centrales de très fortes puissance car elle est particulièrement fiable et économique : un unique convertisseur est suffisant et peu coûteux rapporté à la quantité d’énergie fournie sur le réseau tiers 1000. Un jeu de capteurs et un sous- système de contrôle-commande et de surveillance est suffisant.
[0059] Il est maintenant fait référence à la [Fig. 13] Chaque module 1 jj présente une première paire de connecteurs T 1 jj,T2jj et une seconde paire de connecteurs T3i ,T4ij, les indices correspondant à ceux du module 1 jj. Les modules 1 jj sont reliés par l’intermédiaire de leur première paire de connecteurs T 1 jj,T2jj de manière identique à ce qui a été décrit ci-avant pour la [Fig. 12] Les modules 1 y sont en outre reliés par l’intermédiaire de leur seconde paire de connecteurs T3i ,T4ij de manière identique à ce qui a été décrit ci-avant pour la [Fig. 12] mais au moyen de câblages distincts de ceux utilisés pour les premières paires de connecteurs T 1 jj,T2jj. De même, un second onduleur de sortie 11 est disposé entre le second câblage et le réseau tiers 1000.
[0060] Une telle architecture s’obtient donc en doublant les équipements de raccordement et de conversion. Bien que les modules soient à base de cellules tandem, chaque paire de terminaux se comporte comme un module indépendant : les terminaux de même type sont raccordés en série afin d’atteindre un niveau de tension exploitable (par exemple entre 800 V et 1 500 V), notamment si on souhaite utiliser le même type d’onduleurs pour les deux réseaux. En variante, les deux types de terminaux peuvent correspondre à des tensions différentes l’une de l’autre. Des onduleurs de sortie différents peuvent alors être mis en oeuvre.
[0061] Dans une telle architecture, les deux réseaux sont dédoublés ce qui double la complexité, le risque de défaillance, le coût en équipement, en installation et en entretien par rapport à l’architecture de la [Fig. 12] Modes de réalisation A
[0062] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 14] et [Fig. 15] Les bornes T2 et T3 sont reliées l’unes à l’autre de sorte que le module passe de quatre bornes à deux bornes (mise en série). Comme le montre la [Fig. 15], la mise en série des sorties impose que le courant qui traverse les deux sorties soit limité par le courant le plus faible. La caractéristique résultante est inférieure à la somme des caractéristiques des deux sorties indépendantes (T1-T2 et T3-T4). De plus, dès que la caractéristique T3-T4 descendra en courant (pour cause de sous- performance notamment en raison d’une baisse de l’éclairement), elle tira la caractéristique résultante T1-T4 vers le bas également.
[0063] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 16] et [Fig. 17] Les bornes T2 et T4 sont reliées l’unes à l’autre de sorte à être mis à équipotentiel, les bornes T1 et T3 étant aussi reliées l’unes à l’autre pour la même raison, le module passant de quatre bornes à deux bornes (mise en parallèle). Comme le montre la [Fig. 17], la mise en parallèle impose que la caractéristique résultante est inférieure à la somme des caractéristiques des deux sorties indépendantes. De plus, dès que la caractéristique T3-T4 sera tirée vers le gauche, c’est-à-dire un courant maintenu pour une plage de tension plus réduite (pour cause de sous-performance, notamment en raison d’une augmentation de la température), la caractéristique résultante sera également tirée vers la gauche.
[0064] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 18] et [Fig. 19] Un convertisseur 12 DC-DC (courant continu-courant continu) est disposé entre la première paire de connecteurs T1-T2 et la deuxième paire de connecteurs T3-T4. Le convertisseur 12 peut être, par exemple, un simple convertisseur « boost » (ou hacheur parallèle). Il peut être composé notamment de deux interrupteurs semi- conducteurs : un transistor et une diode. Le contrôle du convertisseur 12 peut comprendre la mise en œuvre d’un un algorithme MPPT pour optimiser la puissance soustraite à la deuxième paire de connecteurs T3-T4 indépendamment du point de fonctionnement de la première paire de connecteurs T1-T2. Ainsi, grâce au convertisseur 12, le découplage électrique des deux sorties tandem est assuré et la caractéristique de sortie du module tandem est plus large. [0065] Structurellement, le convertisseur 12 peut être intégré au module tandem, de sorte que la sortie du module en aval du convertisseur 12 est équivalente à un module à deux connecteurs, ce qui permet d’adapter un tel module aux architectures classiques existantes.
[0066] Une telle solution permet une optimisation permanente de la puissance produite quelles que soient les conditions de fonctionnement (irradiation solaire et température). Elle nécessite un unique convertisseur 12 par module (et non un par cellule). Par comparaison aux modules dont chaque cellule est équipée d’un convertisseur, le coût et les risques de défaillance sont drastiquement réduit : un convertisseur par module suffit au lieu de 60 ou 72 dans les modules connus.
[0067] De préférence, le convertisseur 12 est disposé au dos du module (du côté du module non exposé au soleil). En étant protégé des rayonnements directs du soleil et de la haute température, les risques d’échauffements du convertisseur sont limités.
Modes de réalisation B
[0068] Il est maintenant fait référence à la [Fig. 20] correspondant au mode de réalisation B.
[0069] Dans le mode de réalisation B, une pluralité de modules 1 sont mis en parallèle via leur deuxième paire T3-T4 pour atteindre une gamme de courant équivalente à celle d’un unique module 1 via sa première paire T1-T2. Pour éviter de surcharger la figure, une unique mise en parallèle est représentée en [Fig. 20] En pratique, plusieurs mises en parallèle sont appliquées sur le système 10. Pour déterminer le nombre de modules à mettre en parallèle via la seconde paire de connecteurs T3-T4, le rapport b des courants entre les deux paires est calculé ( ITI- T2/lT3-T4=b). b étant le nombre entier (arrondi) de modules 1 à mettre en parallèle. Sur la [Fig. 20], un exemple avec b=3 est représenté.
[0070] Le mode de réalisation B et ses variantes permettent, avec un coût relativement faible (connexion et câbles), de raccorder des paires de connecteurs présentant des caractéristiques différentes. Le point de fonctionnement reste limité par la tension la plus basse ce qui limite la production de chaque paire notamment lorsque le point de fonctionnement change en raison d’un changement d’irradiation solaire ou de température.
Modes de réalisation C
[0071] Il est maintenant fait référence aux [Fig. 21] et [Fig. 22] correspondant respectivement aux modes de réalisation C1 et C2. Dans ces deux modes de réalisation, les convertisseurs 12 sont mutualisés par comparaison avec le mode de réalisation A. Les deuxièmes paires de connecteurs T3-T4 sont reliés en groupes chacune à une première paire de connecteurs T1-T2 par l’intermédiaire d’un convertisseur 12 commun. Cela est pertinent car les sorties tandem d’une même chaîne subissent généralement les mêmes conditions de fonctionnement. Pour des modules de même type, les caractéristiques en sortie d’usine sont très semblables et le restent pendant leur durée de vie utile. Il est donc raisonnable de considérer que leur MPP soit semblable en fonctionnement.
[0072] Dans le mode de réalisation C1 ([Fig. 21]), les deuxièmes connecteurs T3- T4 sont raccordés en parallèle des premiers connecteurs T1-T2 sur le bus principal par l’intermédiaire du convertisseur 12. Les deuxièmes connecteurs T3- T4 forment un bus secondaire tandis que les premiers connecteurs T1 -T2 forment le bus principal. Les deux bus sont reliés l’un à l’autre en parallèle, chacun via un convertisseur 11, 12. Dans le mode de réalisation C2 ([Fig. 22]), les deuxièmes connecteurs T3-T4 sont raccordés en série des premiers connecteurs T1-T2 sur le bus principal par l'intermédiaire du convertisseur 12. Les deux bus sont reliés l’un à l’autre en série, chacun via l’onduleur de sortie 11 et le convertisseur 12.
[0073] Une combinaison des modes de réalisation B et C peut permettre d’atteindre un bon compromis coût-complexité. Par exemple, les modes C1 ou C2 (convertisseurs mutualisés sur plusieurs modules) permettent de lisser, en sortie, les éventuelles différences restantes.
Modes de réalisation D
[0074] Il est maintenant fait référence à la [Fig. 23] correspondant au mode de réalisation D. Dans ce mode de réalisation, le convertisseur 13 est particulier. Le convertisseur 13 inclut un onduleur central modulaire de type CHB ou MMC (CHB pour « Cascaded H Bridge » et MMC pour « Convertisseur Modulaire Multiniveaux »). Le convertisseur 13 permet de raccorder des deuxièmes paires T3-T4 (mises en série et/ou en parallèle) directement au niveau d’un ou plusieurs sous-modules. La fonction d’optimisation des deuxièmes paires T3-T4 peut alors être intégrée au contrôleur du convertisseur 13, formant ici onduleur central. L’onduleur centrale modulaire réalise assure alors en outre la fonction de découplage entre les premières et deuxièmes paires T1-T2 et T3-T4 qui présentent des caractéristiques différentes. Aucun convertisseur DC-DC supplémentaire n’est nécessaire.
Applications industrielles
[0075] Les modes de réalisation A sont applicables à l’ensemble des installations photovoltaïques. Un module à quatre connecteurs selon le mode de réalisation A se comporte comme un module classique avec un meilleur rendement. Il peut donc être utilisé dans de petites installations domestiques, en toiture de bâtiments et en centrales photovoltaïques. Cette solution peut donc être appliquée aux nouvelles installations comme à la rénovation d’installations existantes.
[0076] Les modes de réalisation B et C sont applicables à l’ensemble des installations photovoltaïques disposant d’au moins une chaîne de modules.
[0077] Le mode de réalisation D est particulièrement adapté aux installations de grande dimension et peut remplacer avantageusement les solutions existantes à base d’onduleur de type « string » ou de type « central ».
[0078] La présente divulgation ne se limite pas aux exemples de systèmes décrits ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée. En particulier, les différents modes de réalisation sont combinables les uns avec les autres, notamment à différents niveaux des systèmes (cellules, sous-modules, modules, chaînes, bus, système).
Liste des signes de référence
[0079] - 1 : Module ;
- 10 : Système ; - 11 : Onduleur de sortie ;
- 12 : Convertisseur ;
- 13 : Convertisseur + Onduleur de sortie ; - 101, 102 : Chaîne ; - 1000 : Réseau tiers.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Système photovoltaïque comprenant un onduleur de sortie (11, 13) pour une connexion à un réseau tiers (1000), et au moins une chaîne (i), chaque chaîne incluant au moins un module (1 jj) de cellules photovoltaïques tandem, chaque module présentant une première paire de connecteurs (T 1 jj,T2jj) et une seconde paire de connecteurs (T3jj,T4jj), les modules d’une chaîne étant reliés en série les uns aux autres par l’intermédiaire de leur première paire de connecteurs, les chaînes étant quant à elles reliées à l’onduleur de sortie en parallèle les unes des autres par l’intermédiaire de connecteurs (T1i,i,T2i,j) de chaque chaîne parmi les premières paires de connecteurs, plusieurs modules étant en outre reliés en parallèle via leurs secondes paires de connecteurs de manière à former un premier groupe, ledit premier groupe étant en outre couplé, via lesdites secondes paires de connecteurs, en amont de l’onduleur de sortie, à un second groupe de module(s) constitué d’un module seul ou d’une série de modules reliés en série entre eux par leurs premières paires de connecteurs.
[Revendication 2] Système selon la revendication précédente, dans lequel chaque module comprend un convertisseur, chaque première paire de connecteurs (T 1 jj,T2 jj) d’un module est couplé à la seconde paire de connecteurs (T3 i ,T4 ij) dudit module par l’intermédiaire dudit convertisseur, ledit convertisseur étant piloté au moyen d’un algorithme de suivi du point maximal de puissance SPMP de sorte que la puissance soustraite via la seconde paire de connecteurs (T3 ij,T4 ij) soit rendue indépendante des conditions de fonctionnement de la première paire de connecteurs (T 1 jj,T2 u).
[Revendication 3] Système selon la revendication précédente, dans lequel le convertisseur est monté sur une face du module opposée à la face opérationnelle des cellules photovoltaïques, de sorte que le convertisseur est protégé des rayonnements solaires.
[Revendication 4] Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier groupe et le second groupe comprennent chacun un nombre de modules différent l’un de l’autre, de sorte que le rapport entre ces deux nombres peut être choisi pour correspondre au moins approximativement au rapport de tension ou de courant de fonctionnement unitaire de chacune des deux sous- cellules constituant les cellules photovoltaïques tandem.
[Revendication 5] Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier groupe et le second groupe comprennent les même modules, les modules d’une chaîne étant assemblés en série via leur première paire de connecteurs (T 1 jj,T2jj) d’une part et via leurs secondes paires de connecteurs (T3ij,T4i ) d’autre part, chaque chaîne incluant en outre un convertisseur disposé en série ou en parallèle entre la chaîne formée via les premières paires de connecteurs (T 1 u,T2jj) et la chaîne formée via les secondes paires de connecteurs (T3ij,T4i ), chaque convertisseur étant piloté au moyen d’un algorithme de suivi du point maximal de puissance SPMP de sorte que la puissance soustraite via la seconde paire de connecteurs (T3jj,T4jj) soit rendue indépendante des conditions de fonctionnement de la première paire de connecteurs (T 1 jj,T2jj).
[Revendication 6] Système selon la revendication précédente, dans lequel ledit convertisseur, disposé en série ou en parallèle entre la chaîne formée via les premières paires de connecteurs (T1i,j,T2i,j) et la chaîne formée via les secondes paires de connecteurs (T3i,j,T4i,j), est constitué de deux interrupteurs de puissances.
[Revendication 7] Système selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’onduleur de sortie inclut un onduleur modulaire à multiples entrées, ledit onduleur étant piloté au moyen d’algorithmes de suivi du point maximal de puissance MPP indépendants sur chaque entrée de sorte que la puissance soustraite via les secondes paires de connecteurs (T3jj,T4jj) soit rendue indépendante des conditions de fonctionnement des premières paires de connecteurs (T 1 jj,T2jj).
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