WO2012041969A1 - Système de gestion d'un dispositif photovoltaïque - Google Patents

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WO2012041969A1
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photovoltaic device
management system
switch
photovoltaic
voltage
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Nicolas Chaintreuil
Pierre Perichon
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a management system for a photovoltaic device. It also relates to a junction box for photovoltaic module and a photovoltaic installation comprising such a management system. Finally, it relates to a method of managing a photovoltaic device from such a management system.
  • Devices for generating energy from intermittent sources such as photovoltaic devices, which group together several photovoltaic modules, are increasingly used.
  • 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.
  • a general object of the invention is to propose an improved solution for managing a photovoltaic device.
  • 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.
  • a second object of the invention is to define a solution that increases the security of a photovoltaic device.
  • the invention relates to a management system for a photovoltaic device, characterized in that it comprises at least two switches and an electrical power supply capable of forming a first means for making the photovoltaic device secure 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.
  • the invention is more particularly defined by the claims.
  • FIG. 1 schematically illustrates an equivalent photovoltaic cell electrical circuit.
  • FIG. 2 represents the voltage-intensity curve obtained at the terminals of different photovoltaic cells.
  • Figure 3 shows schematically the electrical circuit of two photovoltaic cells in series, one of which is defective.
  • 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.
  • 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 a first embodiment of the invention.
  • FIG. 8 illustrates a device for managing a photovoltaic device according to a variant of the first embodiment of the invention.
  • FIG. 9 illustrates a device for managing a photovoltaic device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 10 illustrates a device for managing a photovoltaic device according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 11 illustrates a device for managing a photovoltaic device according to a variant of the third embodiment of the invention.
  • 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.
  • 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.
  • 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 to do not disturb the inverter and the rest of the electrical network to which the photovoltaic device is connected.
  • a switch equipped with a control device that achieves an opening time representing a good compromise to meet the above constraints can be used.
  • a photovoltaic cell behaves according to an electrical circuit as shown schematically in FIG. It supplies a current I and a voltage U on its output terminals AB.
  • FIG. 2 represents the curve of the intensity I 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.
  • the current supplied by a photovoltaic generator which comprises several of these photovoltaic cells, amounts to a PV value
  • the photovoltaic cells in the normal operating position will have a positive voltage U1, U2 at their terminals while a faulty cell will have a negative voltage U3.
  • 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 normal operating condition.
  • a faulty photovoltaic cell its capacitance 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.
  • 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.
  • 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 towards a maximum voltage U C o.
  • Curve 16 shows that the voltage of a defective generator increases much more slowly.
  • a first method of diagnosing the state of the photovoltaic generator shown in FIG. 4, consists in observing the time required to reach a voltage Uf representing a predefined percentage of the maximum voltage U C o , for example 95%.
  • the predefined final value Uf is reached after a normal time tn.
  • the predefined final value Uf is reached after a time longer td.
  • a second method is to measure the voltage obtained for a preset time tf.
  • a normal value A is reached after the time tf.
  • a lower final value Ud is reached after the time tf.
  • FIG. 6 illustrates three U (1) 4, 5, 6 curves 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 (1) is the sum of the curves U (1) 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.
  • 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 U C o 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 value of Uco voltage is finally reached, after a much longer time however in the case of curves 5, 6 for the generators having at least one faulty cell as has been explained above.
  • the above explanations will now be used in a management device of a photovoltaic module, several embodiments of which are shown in FIGS. 7 to 11.
  • 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 setting in security and its passage from a mode of operation in 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.
  • this management system is in the form of a single device, integrated in a compact housing.
  • 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.
  • the management system includes two switches and its own power supply.
  • Figure 7 shows a first embodiment of the invention.
  • a management device 20, which is therefore integrated in the junction box of a photovoltaic module 10, is connected by two input terminals A, B to the terminals of the photovoltaic module 10. Downstream, any load not shown can be connected. on its output terminals CD, via an inverter for example which allows the connection of the module to a conventional power distribution network.
  • the management device 20 comprises a first switch 21 mounted on the electrical link connecting the terminals A and C and arranged in series with respect to the circuit formed by the photovoltaic module and a load which would be connected across the terminals. output C and D. It further comprises a second switch 22 connected in parallel with the photovoltaic module, on a link 25 connecting the two electrical connections AC and BD downstream of the first switch 21. This downstream positioning of the second switch is preferable to the opposite situation in which the first switch 21 in series would be subjected to voltage stresses. In its normal operating configuration, the first switch 21 is in the closed position and the second switch 22 in the open position, which allows the management device 20 to transmit a voltage produced by the photovoltaic module 10 on its output terminals CD.
  • the management device 20 comprises a power supply 29, connected in parallel with the photovoltaic module 20 upstream of the two switches 21, 22, on a parallel path distinct from the positioning of the switches.
  • This upstream positioning allows it to function optimally, especially when the switches are closed to cause a short-circuit situation.
  • This power supply makes it possible to meet the needs of the management device 20, to ensure its operation in all configurations, in particular for actuating the two switches 21, 22 explained above.
  • the energy needs of the management system will be largely covered by the photovoltaic module 10 itself.
  • the voltage source from the photovoltaic module is almost always available, in all its configurations, because the photovoltaic module is either in the normal production configuration, also called MPP with reference to its English name of "Maximum Power Point ", ie in open circuit. It is only in the transient phase during the implementation of the curve of the curve U (l) that this voltage is not available.
  • the power supply 29 chosen is a robust power supply with no voltage of a few milliseconds.
  • the management device 20 comprises a microprocessor which implements methods for fulfilling the management functions which will be detailed subsequently, a memory for storing certain data measured and exchanged with the outside, a module of communication, in particular for transferring the results of its management functions, and measuring means, such as the measurement of the voltage and the current at the terminals of the photovoltaic module 10.
  • the management device 20 makes it possible to fulfill a first security function. Indeed, it allows to cut the output voltage to eliminate any risk of electrification or electrocution, in case of human intervention on a device positioned downstream of the management device 20.
  • the management device can occupy a security configuration in which the first switch 21 is open and the second switch 22 is closed.
  • the first switch 21 opens the circuit and obtain zero voltage between the output CD terminals.
  • the photovoltaic module 10 would be short-circuited in the event of failure of the first switch 21, which would also make it possible to obtain a zero voltage between the output terminals CD.
  • each of the two switches 21, 22 fulfills the same security function in a different manner, which makes it possible, by redundancy, to guarantee the non-failure of the management of the security of the management device 20.
  • the device management system 20 allows the implementation of the diagnosis of the photovoltaic module 10, by allowing the dynamic tracing of the curve U (1) during a transition from an open circuit situation to a short-circuit situation of the photovoltaic module, Or vice versa.
  • the two switches 21, 22 are first positioned in the closed position, in order to obtain the short-circuit situation of the photovoltaic module 10, before an opening of the switch 22 for the passage in the open circuit situation. .
  • the opposite approach can be achieved.
  • the first switch 21 is of the mechanical type so as not to insert resistance or parasitic PN junction on the measurement made via the switch 22.
  • the load connected to the terminals output C, D of the management system can be disconnected or in a negligible operating phase.
  • a solution for reaching the open circuit situation from that of a short circuit is to open the first switch 21.
  • FIG. 8 shows in detail an implementation of the invention according to the approach of the first embodiment presented above. It is based on a hybrid switch, electromechanical and electronic. Two switches 21, 22 and a relay 23 are used.
  • FIG. 8 represents the safety position of the management device, in which no voltage is transmitted between the output terminals C and D. In this position, the two switches 21, 22 are open and the relay 23 puts the device into position. short circuit and is in its so-called rest position. In this rest position, it connects two branches 26, 27 which form a parallel electrical connection putting the photovoltaic device connected to the input terminals A and B in short circuit.
  • the first switch 21 In the normal operating position, the first switch 21 is open, the second switch 22 remains open and the relay 23 occupies its second so-called working position, not shown, in which it connects the branches 27, 28 forming a series circuit between the terminals A and C.
  • this embodiment has the advantage of minimizing the losses because the current of the photovoltaic module circulates by the mechanical contact of the relay 23 and not by the switch 21, which generates losses in his passing state. On the contrary, the mechanical contact resistance of the relay 23 is negligible, which generates few losses.
  • the energy balance of the management device is advantageous since its consumption comes mainly from the supply of the relay holding coil 23 in the working position, which is low.
  • the security configuration of the management device is shown in Figure 8. As explained above, the security is obtained redundantly both by the opening of the circuit and then by the realization of the short circuit.
  • the transition from the security configuration to the normal operating mode mentioned above can be done by the following operations: closing the second switch 22, closing the first switch 21, switching to the working position of the relay 23, opening the second switch 22, opening first switch 21.
  • the closing of the first switch 21 makes it possible to avoid having a micro-arc when closing the relay 23, which is then under a very low voltage.
  • the transition from the configuration of the normal mode security mode is done by the reverse operations.
  • the management device 20 also makes it possible to draw the curve U (1) in order to carry out the diagnosis of a photovoltaic module, as explained above. From the security configuration, it is possible to obtain this curve by the following operations: closing of the second switch 22, closing of the first switch 21, passage of the relay 23 in the working position, opening of the first switch 21, slow opening (Less than 1 ms duration) of the second switch 22 to make the measurement during the passage of short circuit open. At the end of the operation, the device is then in its normal operating mode.
  • This U (1) curve can also be obtained from the normal operating mode, by the following operations: closing of the second switch 22 to form a short-circuit and then slow opening (lasting less than 1 ms) of the second switch 22.
  • FIG. 9 describes a second embodiment of a management device 30. Its operating principle is similar to that of the first embodiment. It is based on a first switch 31 arranged in series on the electrical connection connecting the terminals A and C of the management device and on a second switch 32 arranged in parallel, on a parallel link 35. disposed upstream of the first switch 31. A power supply 39 is further mounted in parallel with the second switch 32, upstream thereof. Alternatively, it could be downstream of it, but upstream of the first switch 31.
  • the management device 30 furthermore comprises a diode 33 arranged in parallel with the second switch 32. The function of this diode 33 is to supply power to the management system in certain of its configurations, in particular by guaranteeing a non-zero voltage across the terminals of the device. second switch 32, even in the short circuit configuration of the device.
  • FIG. 10 shows a third embodiment of a management device 40 of the invention.
  • the management device 40 also relies on the use of two switches 41, 42. However, they are both 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.
  • 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.
  • a diode 43 is connected in series with the first switch 41 on the first parallel link 45.
  • this diode 43 The function of this diode 43 is to provide a power supply of the management device in certain states of the switches.
  • 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 the same as the diode 33 of the second embodiment. In normal operating mode, the two switches 41, 42 are in the open position.
  • 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.
  • the first switch 41 is closed, in order to short circuit the photovoltaic module 10 upstream of such a load.
  • 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.
  • this management device 40 also allows the drawing of the curve U (1) to implement the diagnosis of a photovoltaic module 10, as explained above.
  • 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.
  • this second switch 42 is open, in order to create the passage of the photovoltaic module from a short-circuit situation to an open circuit situation.
  • the curve U (l) is drawn during this passage.
  • FIG. 11 represents a detailed implementation of a management device 40 according to the third embodiment explained above.
  • 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 Figure 1 1, corresponding to the short circuit of a photovoltaic module.
  • FIG. 11 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.
  • 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.
  • the management system of the invention has been illustrated by several embodiments allowing the implementation of certain important functions of management of a photovoltaic device, using certain components such as switches.
  • the management system further comprises an intelligence to control and / or control the effective implementation of these functions.
  • the system may comprise a microprocessor or any computer, equipped with software means for controlling the actuation of the system, including switches, according to the methods explained above.
  • 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 transfer it to a remote central unit, connected to several management devices according to the invention, and which exchanges information with these devices through their means. of communication, and who thus participates in all or part of the functions explained above.
  • the system comprises measuring means, voltage and / or intensity in particular for the determination of the curve U (1) for example.
  • 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 s).
  • it will also have a controllable switching time to be slowed down for the plot of the voltage evolution curve (between 500 s and 1 ms).
  • management system can also fulfill all or some of the following functions:
  • each function has been implemented in the embodiments described in a non-limiting embodiment. Alternatively, the same functions could be implemented differently.
  • the diagnostic function is performed by drawing the curve U (1). This diagnosis can be made in a different way.
  • 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. .
  • the implementation of the diagnostic function requires the disconnection of the inverter which connects the photovoltaic device to the electrical network.
  • the time required for the implementation of the diagnosis could be low enough to allow its execution without stopping complete of the inverter.
  • the inverter comprises a capacitive bus for storing energy. In order not to disturb its operation, it is advisable to draw the curve U (l) in less than 10 ms.
  • the usual duration of opening of a 10 ns switch is too fast to allow a satisfactory number of measurements and to draw a satisfactory U (1) curve.
  • 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.
  • this management system may be presented separately from the junction box, in any other separate device.
  • 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.
  • 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.
  • 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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Abstract

Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux interrupteurs (21, 22; 31, 32; 41, 42) et une alimentation électrique (29; 39; 49) aptes à former un premier moyen de mise en sécurité du dispositif photovoltaïque et un second moyen de passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement du dispositif photovoltaïque pour permettre le tracé d'une courbe d'évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque.

Description

Système de gestion d'un dispositif photovoltaïque
L'invention concerne un système de gestion pour dispositif photovoltaïque. Elle concerne aussi une boîte de jonction pour module photovoltaïque et une installation photovoltaïque comprenant un tel système de gestion. Enfin, elle concerne un procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque à partir d'un tel système de gestion.
Les dispositifs de génération d'énergie à partir de sources intermittentes, comme les dispositifs photovoltaïques, qui regroupent plusieurs modules photovoltaïques, sont de plus en plus utilisés. Dans ce cadre, il existe un besoin croissant d'amélioration de la gestion de ces générations d'énergie, afin d'optimiser la production d'énergie, de minimiser l'entretien des dispositifs, de garantir une sécurité accrue, et finalement de diminuer le coût de production. Ce dernier dépend notamment de l'autonomie et de la capacité de ces dispositifs de génération d'énergie tels les dispositifs photovoltaïques à diagnostiquer leur défaillance, si possible en temps réel. Les dispositifs existants ne sont pas conçus pour une réaction rapide en cas de défaillance, même quand leur production devient anormalement basse. Pour cette raison, ils nécessitent des opérations de maintenance complexes et coûteuses.
Le document US2008/0147335 décrit une solution reposant sur des moyens de jonction intelligents entre des modules photovoltaïques, remplissant différentes fonctions de gestion, de suivi, incluant par exemple la mesure de certaines grandeurs électriques et la détection d'arcs électriques. Une telle solution apporte ainsi une amélioration aux centrales de production photovoltaïque existantes mais reste toutefois largement insuffisante. Ainsi, un objet général de l'invention est de proposer une solution améliorée de gestion d'un dispositif photovoltaïque.
Plus précisément, un premier objet de l'invention consiste à définir une solution qui permet la mise en place d'un diagnostic d'un dispositif photovoltaïque, permettant notamment de détecter sa défaillance.
Un second objet de l'invention consiste à définir une solution qui permet d'augmenter la sécurité d'un dispositif photovoltaïque.
A cet effet, l'invention porte sur un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux interrupteurs et une alimentation électrique aptes à former un premier moyen de mise en sécurité du dispositif photovoltaïque et un second moyen de passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement du dispositif photovoltaïque pour permettre le tracé d'une courbe d'évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque. L'invention est plus particulièrement définie par les revendications.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 illustre schématiquement un circuit électrique équivalent cellule photovoltaïque. La figure 2 représente la courbe tension-intensité obtenue aux bornes de différentes cellules photovoltaïques.
La figure 3 représente schématiquement le circuit électrique de deux cellules photovoltaïques en série dont l'une est défectueuse.
Les figures 4 et 5 représentent respectivement deux méthodes différentes de diagnostic d'un générateur photovoltaïque à partir des courbes d'évolution de la tension en fonction du temps aux bornes d'un générateur photovoltaïque normal et défectueux.
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 premier mode d'exécution de l'invention.
La figure 8 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon une variante du premier mode d'exécution de l'invention.
La figure 9 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon un second mode d'exécution de l'invention.
La figure 10 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon un troisième mode d'exécution de l'invention.
La figure 1 1 illustre un dispositif de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon une variante du troisième mode d'exécution de l'invention. La gestion classique des dispositifs photovoltaïques consiste à observer leur comportement au niveau des systèmes reliés à ces dispositifs, par exemple en mesurant la charge d'une batterie reliée au dispositif ou en mesurant la production électrique obtenue sur un réseau électrique auquel est relié le dispositif. En cas de mesure plus basse que la valeur attendue, il est conclu à une défaillance du dispositif photovoltaïque. Une telle gestion classique présente l'inconvénient d'être imprécise. En effet, elle ne permet pas de faire la distinction entre une baisse normale de production causée par des ombrages ou des conditions météorologiques particulières avec une réelle défaillance du dispositif. De plus, elle ne permet pas de différencier différentes défaillances du dispositif comme une augmentation de la résistance du câblage, par exemple suite à un défaut de connectique ou un arc électrique dans le dispositif, ou une détérioration de la face avant du générateur photovoltaïque, par exemple suite à une délamination ou à de la corrosion, à un ombrage ou à une salissure.
Une solution repose sur l'analyse de l'évolution de la tension d'un générateur photovoltaïque lors de son passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode de fonctionnement en circuit ouvert ou réciproquement. Cette évolution peut être observée par la courbe de la tension en fonction du temps ou par l'analyse de la courbe représentant l'intensité en fonction de la tension au niveau du générateur photovoltaïque lors de ce changement de mode. Le passage du fonctionnement en court-circuit à un mode de fonctionnement en circuit ouvert nécessite une commande particulière d'un interrupteur, dont le temps d'ouverture doit être suffisamment lent pour permettre la mesure de nombreux points de valeurs de tension et/ou d'intensité, plus lent que la durée habituelle, et suffisamment rapide pour ne pas perturber l'onduleur et le reste du réseau électrique auquel est relié le dispositif photovoltaïque.
Pour cela, un interrupteur équipé d'un dispositif de commande qui permet d'atteindre une durée d'ouverture représentant un bon compromis pour répondre aux contraintes précédentes peut être utilisé.
En préambule à la description d'un mode d'exécution du dispositif de gestion selon l'invention, le principe de détection de la défaillance d'un dispositif photovoltaïque va être détaillé ci-dessous.
Une cellule photovoltaïque se comporte selon un circuit électrique tel que représenté schématiquement sur la figure 1 . Elle fournit un courant I et une tension U sur ses bornes AB de sortie.
La figure 2 représente la courbe de l'intensité I 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.
La figure 3 illustre schématiquement la représentation électrique d'une cellule en fonctionnement normal placée en série avec une cellule défaillante, dont la tension U' est opposée à la tension U de la cellule en état normal de fonctionnement. Dans une cellule photovoltaïque défectueuse, sa capacité C est chargée négativement, sa tension opposée peut atteindre plus de 20 fois la valeur de la tension nominale de la cellule et son courant maximal est plus faible que celui d'une autre cellule. Dans le cas de l'ouverture du circuit relié à une telle cellule défectueuse, la tension de la cellule défectueuse va mettre un temps beaucoup plus long que celui d'une cellule normale pour atteindre une valeur nominale positive. Ce temps peut être de l'ordre de 20 à 100 fois plus long.
Ainsi, le phénomène précédent est exploité pour élaborer, selon la réponse d'un générateur photovoltaïque lors de son passage d'un mode de court-circuit à circuit ouvert, un diagnostic de son fonctionnement. Les figures 4 et 5 représentent des courbes 15, 16 d'évolution de la tension U en fonction du temps t aux bornes d'un générateur 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.
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%. Dans le cas du générateur en fonctionnement normal, la valeur finale prédéfinie Uf est atteinte au bout d'un temps normal tn. Dans le cas du générateur défectueux, la valeur finale prédéfinie Uf est atteinte au bout d'un temps plus long td. Ainsi, la comparaison des temps td et tn permet un diagnostic de l'état du générateur photovoltaïque.
Une seconde méthode, représentée sur la figure 5, consiste à mesurer la tension obtenue pour un temps prédéfini tf. Dans le cas du générateur en fonctionnement normal, une valeur normale Un est atteinte au bout du temps tf. Dans le cas du générateur défectueux, une valeur finale inférieure Ud est atteinte au bout du temps tf. Ainsi, la comparaison des tensions Un et Ud permet un diagnostic de l'état du générateur photovoltaïque.
La figure 6 illustre trois courbes U(l) 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(l) est la somme des courbes U(l) de chacune des cellules photovoltaïques composant le générateur photovoltaïque. Des courbes équivalentes seraient obtenues pour un passage d'une situation en circuit ouvert à une situation en court-circuit. La courbe 4 représente un générateur photovoltaïque dans lequel toutes les cellules photovoltaïques sont en bon état de fonctionnement. A l'ouverture du circuit, l'intensité va atteindre une valeur nulle alors que la tension atteindra une valeur maximale UCo au bout d'un temps relativement court. La courbe 5 représente la même courbe obtenue dans le cas d'un générateur comprenant au moins une cellule photovoltaïque défectueuse. Cette courbe présente un décrochement 7 au cours duquel l'intensité chute plus rapidement alors que la tension augmente peu. La courbe 6 illustre un autre exemple dans lequel la courbe présente deux décrochements 8, 9, qui indiquent la présence d'au moins deux cellules photovoltaïques défectueuses. Dans tous les cas, la même valeur de tension Uco est finalement atteinte, après un temps toutefois beaucoup plus long dans le cas des courbes 5, 6 pour les générateurs présentant au moins une cellule défaillante comme cela a été explicité ci-dessus. Ces exemples permettent d'illustrer plusieurs situations et enseignent que les courbes U(l) permettent d'obtenir les diagnostics suivants :
-il y a autant de défauts dans le dispositif que de décrochements 7,
8, 9 ;
-plus le décrochement est important, plus la défaillance est importante.
Les explications précédentes vont maintenant être exploitées dans un dispositif de gestion d'un module photovoltaïque, dont plusieurs modes d'exécution sont représentés sur les figures 7 à 1 1 . L'invention repose sur un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque, qui met en œuvre plusieurs fonctions de gestion d'un dispositif photovoltaïque, incluant notamment sa mise en sécurité et son passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement pour permettre le tracé d'une évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque, de manière simple et performante. Avantageusement, ce système de gestion se présente sous la forme d'un seul dispositif, intégré dans un boîtier de faible encombrement. Selon le mode d'exécution de l'invention, un tel système de gestion est prévu pour chaque module photovoltaïque d'un dispositif photovoltaïque, et est intégré dans la boîte de jonction de chaque module photovoltaïque. Pour mettre en œuvre les fonctions de gestion recherchées, le système de gestion comprend deux interrupteurs et sa propre alimentation électrique. La figure 7 représente un premier mode d'exécution de l'invention. Un dispositif de gestion 20, qui est donc intégré dans la boîte de jonction d'un module photovoltaïque 10, est connecté par deux bornes d'entrée A, B aux bornes du module photovoltaïque 10. En aval, toute charge non représentée peut être connectée sur ses bornes de sortie C-D, par l'intermédiaire d'un onduleur par exemple qui permet la liaison du module à un réseau de distribution électrique conventionnelle.
Le dispositif de gestion 20 selon ce premier mode d'exécution comprend un premier interrupteur 21 monté sur la liaison électrique reliant les bornes A et C et disposé en série par rapport au circuit formé par le module photovoltaïque et une charge qui serait connectée aux bornes de sortie C et D. Il comprend de plus un second interrupteur 22 monté en parallèle du module photovoltaïque, sur une liaison 25 reliant les deux liaisons électriques AC et BD en aval du premier interrupteur 21 . Ce positionnement aval du second interrupteur est préférable à la situation inverse dans laquelle le premier interrupteur 21 en série serait soumis à des contraintes en tension. Dans sa configuration de fonctionnement normal, le premier interrupteur 21 est en position fermée et le second interrupteur 22 en position ouverte, ce qui permet au dispositif de gestion 20 de transmettre une tension produite par le module photovoltaïque 10 sur ses bornes de sortie CD.
De plus, le dispositif de gestion 20 comprend une alimentation électrique 29, montée en parallèle du module photovoltaïque 20 en amont des deux interrupteurs 21 , 22, sur une voie parallèle distincte du positionnement des interrupteurs. Ce positionnement amont lui permet un fonctionnement optimal, notamment lorsque les interrupteurs sont fermés pour provoquer une situation de court-circuit. Cette alimentation électrique permet de subvenir aux besoins du dispositif de gestion 20, pour assurer son fonctionnement dans toutes les configurations, notamment pour l'actionnement des deux interrupteurs 21 , 22 explicités ci-dessus. En remarque, les besoins énergétiques du dispositif de gestion seront en grande majorité couverts par le module photovoltaïque 10 lui-même. En effet, la source de tension provenant du module photovoltaïque reste presque toujours disponible, dans toutes ses configurations, car le module photovoltaïque se trouve soit dans la configuration de production normale, aussi appelée MPP en référence à sa dénomination anglo-saxonne de « Maximum Power Point », soit en circuit ouvert. Il n'y a que dans la phase transitoire lors de la mise en œuvre du tracé de la courbe U(l) que cette tension n'est pas disponible. Pour surmonter cette situation, l'alimentation électrique 29 choisie est une alimentation robuste à une absence de tension de quelques millisecondes. Outre les éléments mentionnés précédemment, le dispositif de gestion 20 comprend un microprocesseur qui met en œuvre des procédés pour remplir les fonctions de gestion qui seront détaillées par la suite, une mémoire pour stocker certaines données mesurées et échangées avec l'extérieur, un module de communication, notamment pour transférer les résultats de ses fonctions de gestion, et des moyens de mesure, comme la mesure de la tension et du courant aux bornes du module photovoltaïque 10.
Le dispositif de gestion 20 permet de remplir une première fonction de sécurité. En effet, il permet de couper la tension de sortie pour éliminer tout risque d'électrisation, voire d'électrocution, en cas d'intervention humaine sur un dispositif positionné en aval du dispositif de gestion 20. Pour cela, le dispositif de gestion peut occuper une configuration de sécurité dans laquelle le premier interrupteur 21 est ouvert et le second interrupteur 22 est fermé. Le premier interrupteur 21 permet d'ouvrir le circuit et d'obtenir une tension nulle entre les bornes C-D de sortie. De plus, comme le second interrupteur 22 est fermé, le module photovoltaïque 10 serait en court-circuit en cas de défaillance du premier interrupteur 21 , ce qui permettrait aussi d'obtenir une tension nulle entre les bornes C-D de sortie. Ainsi, chacun des deux interrupteurs 21 , 22 remplit la même fonction de sécurité d'une manière différente, ce qui permet par redondance de garantir la non défaillance de la gestion de la sécurité du dispositif de gestion 20. D'autre part, le dispositif de gestion 20 permet la mise en œuvre du diagnostic du module photovoltaïque 10, en permettant le tracé dynamique de la courbe U(l) lors d'un passage d'une situation en circuit ouvert à une situation en court-circuit du module photovoltaïque, ou inversement. Pour cela, les deux interrupteurs 21 , 22 sont d'abord positionnés en position fermée, afin d'obtenir la situation de court-circuit du module photovoltaïque 10, avant une ouverture de l'interrupteur 22 pour le passage dans la situation de circuit ouvert. En variante, la démarche opposée peut être réalisée. De préférence, le premier interrupteur 21 est de type mécanique pour ne pas insérer de résistance ou de jonction PN parasite sur la mesure effectuée par l'intermédiaire de l'interrupteur 22. Dans cette solution d'ouverture du circuit, la charge connectée aux bornes de sortie C, D du système de gestion peut être déconnectée ou dans une phase de fonctionnement négligeable. En variante, une solution pour atteindre la situation de circuit ouvert à partir de celle de court-circuit consiste à ouvrir le premier interrupteur 21 .
La figure 8 représente de manière détaillée une mise en œuvre de l'invention selon l'approche du premier mode d'exécution présenté ci- dessus. Elle repose sur un switch hybride, électromécanique et électronique. Deux interrupteurs 21 , 22 et un relais 23 sont utilisés. La figure 8 représente la position de sécurité du dispositif de gestion, dans laquelle aucune tension n'est transmise entre les bornes de sortie C et D. Dans cette position, les deux interrupteurs 21 , 22 sont ouverts et le relais 23 met le dispositif en court-circuit et se trouve dans sa position dite de repos. Dans cette position de repos, il relie deux branches 26, 27 qui forment une liaison électrique parallèle mettant le dispositif photovoltaïque relié sur les bornes d'entrée A et B en court-circuit. En position de fonctionnement normal, le premier interrupteur 21 est ouvert, le second interrupteur 22 reste ouvert et le relais 23 occupe sa seconde position dite de travail, non représentée, dans laquelle il relie les branches 27, 28 formant un circuit série entre les bornes A et C. Dans ce fonctionnement normal, ce mode d'exécution présente l'avantage de minimiser les pertes car le courant du module photovoltaïque circule par le contact mécanique du relais 23 et non pas par l'interrupteur 21 , lequel génère des pertes dans son état passant. Au contraire, la résistance de contact mécanique du relais 23 est négligeable, ce qui génère peu de pertes. De plus, le bilan énergétique du dispositif de gestion est avantageux puisque sa consommation provient principalement de l'alimentation de la bobine de maintien du relais 23 en position de travail, ce qui est faible.
Le fonctionnement de ce dispositif de gestion va maintenant être explicité.
La configuration de sécurité du dispositif de gestion est représentée sur la figure 8. Comme explicité précédemment, la sécurité est obtenue de manière redondante à la fois par l'ouverture du circuit et ensuite par la réalisation du court-circuit. Le passage de la configuration de sécurité au mode de fonctionnement normal cité précédemment peut se faire par les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 22, fermeture du premier interrupteur 21 , passage en position de travail du relais 23, ouverture du second interrupteur 22, ouverture du premier interrupteur 21 . En remarque, la fermeture du premier interrupteur 21 permet d'éviter d'avoir un micro arc à la fermeture du relais 23, qui se fait alors sous une tension très faible. Le passage de la configuration du mode normal mode de sécurité se fait par les opérations inverses.
Le dispositif de gestion 20 permet de plus de tracer la courbe U(l) afin de réaliser le diagnostic d'un module photovoltaïque, comme cela a été explicité ci-dessus. À partir de la configuration de sécurité, il est possible d'obtenir cette courbe par les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 22, fermeture du premier interrupteur 21 , passage du relais 23 en position de travail, ouverture du premier interrupteur 21 , ouverture lente (de durée inférieure à 1 ms) du second interrupteur 22 pour effectuer la mesure lors du passage de court-circuit a circuit ouvert. En fin d'opération, le dispositif se trouve alors dans son mode de fonctionnement normal.
Cette courbe U(l) peut aussi être obtenue à partir du mode de fonctionnement normal, par les opérations suivantes : fermeture du second interrupteur 22 pour former un court-circuit puis ouverture lente (de durée inférieure à 1 ms) du second interrupteur 22.
La figure 9 décrit un second mode d'exécution d'un dispositif de gestion 30. Son principe de fonctionnement est similaire à celui du premier mode d'exécution. Il repose sur un premier interrupteur 31 disposé en série sur la liaison électrique reliant les bornes A et C du dispositif de gestion et sur un second interrupteur 32 disposé en parallèle, sur une liaison parallèle 35 disposée en amont du premier interrupteur 31 . Une alimentation électrique 39 est de plus montée en parallèle du second interrupteur 32, en amont de celui-ci. En variante, elle pourrait se trouver en aval de celui-ci, mais en amont du premier interrupteur 31 . Le dispositif de gestion 30 comprend de plus une diode 33 disposée en parallèle du second interrupteur 32. Cette diode 33 a pour fonction d'assurer une alimentation du système de gestion dans certaines de ses configurations, notamment en garantissant une tension non nulle aux bornes du second interrupteur 32, même dans la configuration de court-circuit du dispositif.
Ce dispositif de gestion selon le second mode d'exécution permet de remplir les fonctions de sécurité et de tracer de la courbe U(l) de manière similaire au premier mode d'exécution. La figure 10 représente un troisième mode d'exécution d'un dispositif de gestion 40 de l'invention. Dans ce mode d'exécution, le dispositif de gestion 40 repose aussi sur l'utilisation de deux interrupteurs 41 , 42. Toutefois, ils sont tous les deux montés sur des liaisons parallèles 45, 46 disposées entre les liaisons électriques reliant les bornes A et C d'une part et les bornes B et D d'autre part. Une alimentation électrique 49 est montée en parallèle des deux interrupteurs 41 , 42. En variante, cette alimentation électrique pourrait se trouver en série ou en parallèle en aval d'un ou des deux interrupteurs. De plus, une diode 43 est montée en série avec le premier interrupteur 41 sur la première liaison parallèle 45. La fonction de cette diode 43 est d'assurer une alimentation du dispositif de gestion dans certains états des interrupteurs. Enfin, une seconde diode 44 est montée en parallèle du second interrupteur 42, au niveau de la seconde liaison parallèle 46. Sa fonction est la même que la diode 33 du second mode d'exécution. En mode de fonctionnement normal, les deux interrupteurs 41 , 42 sont en position ouverte.
Ce dispositif de gestion 40 permet la mise en sécurité d'une charge qui 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.
D'autre part, ce dispositif de gestion 40 permet aussi le tracé de la courbe U(l) pour mettre en œuvre 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, afin de créer le passage du module photovoltaïque d'une situation de court-circuit à une situation de circuit ouvert. La courbe U(l) est tracée durant ce passage.
La figure 1 1 représente une implémentation détaillée d'un dispositif de gestion 40 selon le troisième 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 1 1 , correspondant à la mise en court-circuit d'un module photovoltaïque. La figure 1 1 représente plus particulièrement la position de sécurité de dispositif de gestion 40. Le relais 41 ' est dans sa position fermée, de repos, alors que le second interrupteur 42 est dans sa position ouverte. Ainsi, un court-circuit est obtenu entre les bornes A et B, ce qui réduit fortement la tension de sortie entre les bornes C et D, de l'ordre d'un volt, sous l'effet de la diode 43.
Pour passer en mode de fonctionnement normal depuis ce mode de sécurité représenté, il faut d'abord fermer le second interrupteur 42, passer le relais 41 ' de la position de repos à sa position de travail, puis ouvrir de nouveau le second interrupteur 42. Cette action sur le second interrupteur 42 permet de ménager le relais 41 ' lors de son actionnement, pour notamment éviter les arcs électriques. Inversement, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de sécurité se fait selon les opérations inverses.
Pour obtenir un tracé de la courbe U(l) depuis la situation en mode de 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(l) à partir du mode de fonctionnement normal. Pour cela, il faut aussi d'abord fermer le second interrupteur 42, puis l'ouvrir lentement pour effectuer la mesure par ce passage de court-circuit a circuit ouvert. Le système de gestion de l'invention a été illustré par plusieurs modes d'exécution permettant la mise en œuvre de certaines fonctions importantes de gestion d'un dispositif photovoltaïque, à l'aide de certains composants comme des interrupteurs. Le système de gestion comprend de plus une intelligence pour commander et/ou piloter la mise en œuvre effective de ces fonctions. Pour cela, il peut comprendre un microprocesseur ou tout calculateur, doté de moyens logiciels pour piloter l'actionnement du système, notamment les interrupteurs, selon les procédés explicités précédemment. En variante ou complément, le système peut être équipé d'actionneurs mécaniques, actionnables manuellement par un opérateur, éventuellement à distance. En effet, il est avantageux de réduire au maximum l'intelligence locale et de la reporter sur une unité centrale distante, reliée à plusieurs dispositifs de gestion selon l'invention, et qui échange des informations avec ces dispositifs par l'intermédiaire de leurs moyens de communication, et qui participe ainsi à tout ou partie des fonctions explicitées précédemment.
De plus, le système comprend des moyens de mesure, de la tension et/ou de l'intensité notamment, pour la détermination de la courbe U(l) 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 s). De plus, il aura aussi un temps de commutation contrôlable pour être ralenti pour le tracé de la courbe d'évolution de tension (entre 500 s et 1 ms).
De plus, le système de gestion a été décrit précédemment comme permettant la mise en œuvre des fonctions suivantes :
- mise en sécurité ; - diagnostic de fonctionnement ;
- alimentation électrique du système, en lui permettant d'obtenir une tension aux bornes du dispositif photovoltaïque dans le maximum d'états des interrupteurs.
En complément, le système de gestion peut aussi remplir tout ou partie des fonctions suivantes :
- détection d'arc et coupure ;
- détection de vol ;
- antivol embarqué ;
- monitoring ;
- by-pass du dispositif.
Chaque fonction a été mise en œuvre dans les modes d'exécution décrits selon un exemple de réalisation non limitatif. En variante, les mêmes fonctions pourraient être mises en œuvre différemment. Notamment, il a été mentionné que la fonction de diagnostic est réalisée par le tracé de la courbe U(l). Ce diagnostic peut être effectué de manière différente. Notamment, une variante peut consister en l'observation de l'évolution de sa tension (U) lors du passage d'un mode de fonctionnement en court- circuit à un mode en circuit ouvert, par exemple en fonction du temps, comme explicité précédemment.
En remarque, l'observation de l'évolution de sa tension (U) lors du passage d'un mode de fonctionnement en court-circuit à un mode en circuit ouvert a été obtenue par une ouverture « lente » d'un interrupteur dans les modes d'exécution précédents. Selon une première réalisation, la mise en œuvre 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 œuvre 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(l) 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(l) 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. 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 œuvre 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. Finalement, l'invention porte aussi sur une installation photovoltaïque, comprenant une multitude de modules photovoltaïques, et comprenant des dispositifs de gestion selon l'invention.

Claims

Revendications
1 . Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque comprenant au moins deux interrupteurs (21 , 22 ; 31 , 32 ; 41 , 42), caractérisé en ce qu'il comprend deux bornes d'entrée (A, B) pour une connexion avec un dispositif photovoltaïque et deux bornes de sortie (C, D) pour une connexion avec une charge, de sorte que cette charge soit alimentée par le dispositif photovoltaïque par l'intermédiaire du système de gestion, et en ce qu'il comprend au moins un interrupteur (22 ; 32 ; 41 , 42) disposé sur une voie parallèle entre les branches (AC) et (BD) et une alimentation électrique (29 ; 39 ; 49), le système de gestion étant apte à former un premier moyen de mise en sécurité du dispositif photovoltaïque et un second moyen de passage d'un mode de court-circuit à un mode en circuit ouvert ou inversement du dispositif photovoltaïque pour permettre le tracé d'une courbe d'évolution de la tension U pour le diagnostic du dispositif photovoltaïque.
2. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'alimentation électrique (29 ; 39 ; 49) est montée sur une voie parallèle entre les branches (AC) et (BD) distincte du positionnement des interrupteur(s).
3. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'alimentation électrique (29 ; 39 ; 49) est montée sur une voie parallèle en amont des interrupteurs (21 , 22 ; 31 , 32 ; 41 , 42).
4. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un élément permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique de type diode (33 ; 44).
5. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier interrupteur (21 ; 31 ) en série sur une branche (AC) ou (BD) et un second interrupteur (22 ; 32) en parallèle en aval ou en amont du premier interrupteur (21 ; 31 ).
6. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux interrupteurs (41 , 42) montés sur deux liaisons parallèles distinctes (45, 46).
7. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend un relais (23 ; 41 ') dont une position de travail permet de mettre le système de gestion en mode de fonctionnement normal et dont une position de repos permet de mettre le système de gestion en mode de sécurité.
8. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un élément monté en parallèle d'un interrupteur (22 ; 32) disposé en parallèle permettant d'avoir une tension non nulle aux bornes de l'alimentation électrique.
9. Système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de commande permettant l'ouverture d'au moins un interrupteur en un temps compris entre 10 ns et 10 ms.
10. Boite de jonction pour module photovoltaïque, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications précédentes, les deux bornes de sortie (C, D) du système de gestion permettant de relier le module photovoltaïque à l'extérieur.
1 1 . Installation photovoltaïque, caractérisé en ce qu'elle comprend un dispositif photovoltaïque alimentant un réseau électrique, et au moins un système de gestion pour un dispositif photovoltaïque selon l'une des revendications 1 à 9 connecté en entrée (A, B) au dispositif photovoltaïque et en sortie (C, D) au réseau électrique.
12. Procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque à partir d'un système de gestion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il met en œuvre 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.
13. Procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mise en sécurité comprend l'ouverture d'un premier interrupteur (21 ; 31 ) en série et/ou la fermeture d'un interrupteur (22 ; 32) en parallèle.
14. Procédé de gestion d'un dispositif photovoltaïque selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'étape de tracé de la courbe d'évolution de la tension U comprend les deux sous-étapes suivantes : - fermeture d'au moins un interrupteur parallèle afin d'obtenir la situation de court-circuit du système de sorte d'obtenir une tension nulle en aval ;
- ouverture d'au moins un interrupteur afin d'obtenir une situation de circuit ouvert ;
et en ce qu'elle comprend la mesure de la tension entre les deux sous- étapes précédentes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113644878A (zh) * 2021-08-31 2021-11-12 上能电气股份有限公司 光伏i-v曲线测试系统、测试方法及光伏设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4342389A1 (de) * 1993-12-11 1995-06-14 Inst Luft Und Kaeltetechnik Gm Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ermittlung der Kennlinien von Solarmodulen
DE19909609C1 (de) * 1999-03-05 2000-09-21 Thomas Wunram Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Kennlinie und des Punktes maximaler Energieausbeute von Gleichstromquellen
US20080147335A1 (en) 2006-12-06 2008-06-19 Meir Adest Monitoring of distributed power harvesting systems using dc power sources
EP2077588A2 (fr) * 2008-01-05 2009-07-08 Joachim Stoeber Unité de surveillance pour modules photovoltaïques

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4342389A1 (de) * 1993-12-11 1995-06-14 Inst Luft Und Kaeltetechnik Gm Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ermittlung der Kennlinien von Solarmodulen
DE19909609C1 (de) * 1999-03-05 2000-09-21 Thomas Wunram Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Kennlinie und des Punktes maximaler Energieausbeute von Gleichstromquellen
US20080147335A1 (en) 2006-12-06 2008-06-19 Meir Adest Monitoring of distributed power harvesting systems using dc power sources
EP2077588A2 (fr) * 2008-01-05 2009-07-08 Joachim Stoeber Unité de surveillance pour modules photovoltaïques

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
COX C H ET AL: "SWEPT MEASUREMENT OF HIGH POWER I-V CURVES", PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE. SAN DIEGO, SEPT. 27 - 30, 1982; [PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE], NEW YORK, IEEE, US, vol. CONF. 16, 27 September 1982 (1982-09-27), pages 1277 - 1283, XP000043948 *
KERN R ET AL: "Uncomplicated measurement procedure for current-voltage characteristics of photovoltaic generators at remote sites", ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, OXFORD, GB, vol. 27, no. 3, 1 January 1987 (1987-01-01), pages 301 - 302, XP025413148, ISSN: 0196-8904, [retrieved on 19870101], DOI: DOI:10.1016/0196-8904(87)90091-4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113644878A (zh) * 2021-08-31 2021-11-12 上能电气股份有限公司 光伏i-v曲线测试系统、测试方法及光伏设备

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