Brevet FR2467508A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne un dispositif de pilotage, à la puissance maximale, d'un convertisseur photo- voltalque. Elle s'applique à l'utilisation rationelle de l'énergie photovoltaique. On sait que l'impédance de sortie d'un convertis- seur photovoltaique dépend de l'éclairement, de la tempéra- ture et de son vieillissement. L'utilisation rationnelle de l'énergie d'un convertisseur photovolta5que implique donc la nécessité d'interposer un adaptateur d'impédance entre le convertisseur photovolta5que et un circuit d'utilisation de ce convertisseur. Cet adaptateur permet de maintenir en permanence l'égalité ehtre l'impédance d'entrée du circuit d'utilisation et l'impédance de sortie du convertisseur, au point de fonctionnement donnant la puissance maximale de celui-ci. Actuellement, les dispositifs connus ne permettent pas de réaliser de façon satisfaisante une adaptation dyna- mique d'impédance entre la sortie d'un convertisseur photo- volta5que et l'entrée d'un circuit d'utilisation, de manière à maintenir maximale la puissance délivrée par le conver- tisseur. Ils utilisent des sondes pour effectuer des mesures thermiques et d'éclairement, nécessaires au pilotage; ces sondes présentent des inconvénients: elles ne tiennent pas compte d'une évolution des panneaux photovolta5ques au cours du temps; en effet, cette évolution peut 9tre différente de l'évolution des sondes. De plus, ces sondes lient la nature et les performances du dispositif, au circuit d'utili- sation. Enfin, elles nécessitent un programme préalable de réglages. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient, et notamment de réaliser un dispositif de pilotage d'un convertisseur photovoltaique, à la puissance maximale, par adaptation dynamiqued'impédance entre la sortie d'un convertisseur et l'entrée d'un circuit d'utili- sation de celui-ci. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de pilotage, à la puissance maximale, d'un con- - vertisseur photovoltalque alimentant un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle, connectés entre des bornes.de sortie du convertisseur photo- voltaique et le circuit d'utilisation, pour obtenir la déri- vée de la puissace P délivrée par le convertisseur par rapport à la tension V à ses bornes, et pour minimiser la valeur de cette dérivée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur étant constitué par au moins deux panneaux identiques, connectés en série par deux bornes de polarités opposées de sorte que le point commun à ces deux bornes soit choisi comme potentiel de référence, deux autres bornes 159 de polarités opposées du convertisseur alimentent le circuit d'utilisation par l'intermédiaire d'un circuit commandant le circuit d'utilisation par une tension V, de sorte qu'un courant I soit fourni au circuit de commande et au circuit d'utilisation, le circuit de contrôle étant constitué par des moyens de correction, pour appliquer au circuit de commande une tension de correction de la tension de commande, cette tension de correction correspondant à la minimisation de la dérivée de la puissance P délivrée par le convertis- seur, par rapport à la tension V à ses bornes, cette dérivée étant exprimée sous la forme dP = I + V. dI Selon une autre caractéristique dVle convertisseur étant constitué par au moins un panneau présentant deux bornes de sortie de polarités opposées, l'une de ces deux bornes étant choisie comme potentiel de référence, ce con- vertisseur alimente le circuit d'utilisation par l'intermé- diaire d'un circuit de commande du circuit d'utilisation par une tension V, de sorte qu'un courant I soit fourni au circuit de commande et au circuit d'utilisations ce conver- tisseur alimentant en outre un circuit fournissant aux moyens de contrôle deux tensions opposées par rapport au potentiel de référence, ledit circuit de contrôle étant constitué par des moyens de correction, pour appliquer au circuit de commande une tension de correction de la tension de commande, cette tension de correction correspondant à la minimisation de la dérivée de la puisssance P délivrée par le convertisseur, par rapport à la tension V à ses bornes, cette dérivée étant exprimée sous la forme dP = I + V. dl. Selon une autre caractéristique deVl'invention, les moyens de correction comprennent des moyens pour dériver par rapport au temps t la tension aux bornes du convertisseur, de manière à former le rapport dV, des dt moyens pour prélever et dériver par rapport au temps, l'intensité I fournie par le convertisseur, de manière à former le rapport dl; des moyens de division dont les entrées sont connerctées aux sorties des moyens de dériva- tion pour obtenir le rapport dl, des moyens de multipli- cation de ce rapport par la dVtension V aux bornes du convertisseur, pour obtenir le produit V.dI des moyens *dV myn d'addition de ce produit avec l'intensité I fournie par le convertisseur, de manière à obtenir la somme I + V.dI représentative de la dérivée de la puissance fournie dV par le convertisseur par rapport à la tension à ses bornes, des moyens pour comparer la valeur de cette dérivée par rapport au potentiel de référence, de manière à obtenir une tension de correction de la tension de commande, la sortie de ces moyens de comparaison étant reliée à une entrée de correction de la tension fournie par le circuit de commande. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre des moyens de régulation de la tension de correction, connectés entre les moyens de comparaison et le circuit de commande. Selon une autre caractéristique avantageuse, les divers moyens du dispositif sont des circuits intégrés sur substrat semi-conducteur. Selon une autre caractéristique avantageuse, les divers moyens du circuit sont alimentés par le convertis- seur. Selon une caractéristique particulière, un con- vertisseur tension-fréquence est connecté entre le circuit d'utilisation et le circuit de co6mande. Selon une autre caractéristique particulière, un régulateur de courant est connecté entre le circuit d'uti- lisation et le circuit de commande. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins annexés,dans lesquels: - la fig. 1 est un diagramme représentant les variations de la puissance fournie par un convertisseur, en fonction de la tension à ses bornes, pour différents niveaux d'éclairement,de température et de vieillissement de ce con- vertisseur; - la fig. 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de pilotage, à la puis- sance maximale,d'un convertisseur conforme à l'invention; - la fig. 3 représente schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif de pilotage, conforme à l'invention. La fig. 1 est un diagramme représentant les variations de la puissance fournie par un convertisseur photovolta5que, en fonction de la tension à ses bornes, et pour différents niveaux d'éclairement, de température ou de vieillissement, N1, N2, N3... A éclairement constant, la puissahce maximale PM fournie par le convertisseur est obtenue lorsque la dérivée dP de cette puissance par rap- port à la tension est nulle.VSi I désigne l'intensité du courant circulant dans le circuit d'utilisation connecté aux bornes d'un convertisseur, et si l'on exprime la puissance par la relation P = I.V, la dérivée dP dI dV = I+V.j, ce qui peut encore s'écrire: dP dI dt dV = I+ V.dT dV ' Le dispositif de contrôle conforme à l'invention est constitué de manière à minimiser cette dernière relation, lorsque le convertisseur alimente un circuit d'utilisation, par l'intermédiaire d'un circuit de commande en tension. En référence à la fig. 2e on a représenté un dis- positif de contrôle I d'un convertisseur photovoltaique 2 à deux panneaux identiques 3, 4, connectés en série par deux bornes de polarités opposées 5, 6..Le point commun 7 de ces deux bornes, est choisi comme potentiel de référence. Le convertisseur 2 alimente un circuit d'utilisation 8 par deux..autres bornes de polarités opposées 9, 10 des pan- neaux,- par l'intermédiaire d'une circuit l1 de commande en tension; un courant I est fourni au circuit de commande et au circuit d'utilisation, par le convertisseur. Le circuit de contr8le comprend essentiellement des moyens pour appli- quer au circuit de commande 11 une tension de correction Vc de la tension de commande V. Cette tension de correction, comme on le verra par la suite, correspond à la minimisa- tion de la dérivée de la puissance P délivrée par le conver- tisseur par rapport à la tension V à ses bornes, cette dérivée étant exprimée sous la forme: dP = + V. d. Les moyens de correction du circuit de contrôle 1 comprennent des moyens 12, pour dériver par rapport au temps t la tension V aux bornes du convertisseur, de manière à former le rapport dV. Ces moyens de correction comprennent également des moyensdt13 pour prélever et dériver par rapport au temps t, l'intensité I fournie par le convertis- seur, de manière à former le rapport dI. Ces moyens 13 dt sont essentiellement constitués par un shunt 14, connecté entre la masse de 7 et la borne positive de l'un des pan- neaux et par un circuit dérivateur 15. Des moyens de divi- sion 16 dont les entrées sont connectées aux sorties des moyens de dérivation 12, 13, permettent d'obtenir le rapport dI; la sortie de ce circuit diviseur 16 est reliée à une entrée de moyens de multiplication 17, dont une autre entrée prélève sur l'une des bornes du convertisseur, la tension V dtélivrée par celui-ci. Ces moyens de multi- plication 17 permettent de former le produit. Des dV moyens d'addition 18 permettent d'additionner ce produit avec l'intensité I fournie par le convertisseur au circuit d'utilisation et prélevée grâce au shunt 14. La somme I + V. dV est représentative de la dérivée de la puissance fournie par le convertisseur, par rapport à la tension à ses bornes. Des moyens 19 permettent de comparer la valeur de cette dérivée par rapport au potentiel de référence, de manière à obtenir une tension de correction Vc de la tension de commande Vu du circuit d'utilisation. La sortie de ces moyens de comparaison 19 est reliée à une entrée de com- mande du circuit de commande 11, par l'intermédiaire de moyens de régulation 20 de la tension de correction fournie par les moyens de comparaison 19. Ainsi, la tension de commande V du circuit d'utilisation 8, est constamment modulée grâce au circuit de commande, par la tension de correction V. Il en résulte que le convertisseur photovol- talque fonctionne constamment à sa puissance maximale PM. La fig. 'représente un autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention. Les éléments corres- pondants sur cette figure et sur la fig. 2 portent les m mes références. Le fonctionnement du dispositif représenté sur cette figure est semblable à celui du dispositif repré- senté sur la fig. 2. Le convertisseur photovolta!que 2 à deux panneaux identiques, est remplacé par un convertisseur à un seul panneau. Ce convertisseur alimente le circuit de commande 11, tandis que sont appliquées au circuit de con- trôle d'une part la tension aux bornes du convertisseur, et d'autre part deux tensions opposées par rapport à un potentiel de référence, fournies par les sorties 5, 6 d'un circuit 21, tel qu'un convertisseur de courant continu par exemple. Ce convertisseur est lui-mgme alimenté par le convertisseur photovolta:que à un seul panneau. Les divers moyens que comprend le circuit de contrôle sont des circuits intégrés sur substrat semi-conducteur, connus dans l'état de la technique et utilisant principalement des montages à amplificateurs opérationnels. Ces divers moyens sont ali- mentés par des connexions non représentées, à-partir du convertisseur photovolta!que. Les moyens 20 de régulation de tension, connectés entre les moyens de comparaison 19 et le circuit de commande 11 permettent de réguler la tension de correction en fonction des caractéristiques d'amortissement du circuit d'utilisation, pour éviter les oscillations parasites. On a supposé, dans les deux modes de réalisation décrits, que le circuit de commande 11 commandait directe- ment en tension le circuit d'utilisation 8. Dans certains circuits d'utilisation, cette commande peut être une com- mande en fréquence ou en courant, on interpose alors un convertisseur tension-fréquence ou un régulateur de courant (non représentés) entre la sortie du circuit de commande et l'entrée du circuit d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage, à la puissance maximale, d'un convertisseur photovoltaïque alimentant un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle, connectés entre des bornes de sortie du convertisseur photovoltatque et le circuit d'utilisation, pour obtenir la dérivée de la puissace P délivrée par le convertisseur par rapport à la tension V à ses bornes, et pour minimiser la valeur de cette dérivée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le convertisseur étant constitué par au moins deux panneaux identiques connectés en série par deux bornes de polarités opposées de sorte que le point commun à ces deux bornes soit choisi comme potentiel de référence, deux autres bornes de polarités opposées du convertisseur alimentent le circuit d'utilisation par l'intermédiaire d'une circuit commandant le circuit d'utilisation par une tension V, de sorte qu'un courant I soit fourni au circuit de commande et au circuit d'utilisation, le circuit de contrôle étant constitué par des moyens de correction, pour appliquer au circuit de commande une tension de correction de la tension de commande, cette tension de correction correspondant à la minimisation de la dérivée de la puissance P délivrée par le convertisseur, par rapport à la tension V à ses bornes, cette dérivée étant exprimée sous la forme dP =I+ Vd dV = +.WV 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur étant constitué par au moins un panneau présentant deux bornes de sortie de polarités oppo- sées, l'une de ces deux bornes étant choisies comme poten- tiel de référence, ce convertisseur alimente le circuit d'utilisation par l'intermédiaire d'un circuit de commande du circuit d'utilisation par une tension V, de sorte qu'un courant I soit fourni au circuit de commande et au circuit d'utilisation, ce convertisseur alimentant en outre un circuit fournissant aux moyens de contrôle deux tensions opposées par rapport à un potentiel de référence, ledit circuit de contrôle étant constitué par des moyens de cor- rection, pour appliquer au circuit de commande une tension de correction de la tension de commande, cette tension de correction correspondant à la minimisation de la dérivée de la puissance P délivrée par le convertisseur, par rapport à la tension V à ses bornes, cette dérivée étant exprimée sous la forme dP =I dp = I + V.-jV. 4. Dispositif de contrôle selon l'une. quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de correction comprennent des moyens pour dériver par rap- port au temps t la tension aux bornes du convertisseur, de manière à former le rapport dV, des moyens pour prélever et dériver par rapport au tempstl'intensité I fournie par le convertisseur, de manière à former le rapport JI, des moyens de division dont les entrées sont connecées aux sorties des moyens de dérivation pour obtenir le rapport dl, des moyens de multiplication de ce rapport par la UXnsion V aux bornes du convertisseur, pour obtenir le produit V.dI, des moyens d'addition de ce produit avec l'in- terisité I 0VOurnie par le convertisseur, de manière à obtenir la somme I + V. dI représentative de la dérivée de la puis- sance fournie par le convertisseur par rapport à la tension à ses bornes, des moyens pour comparer la valeur de cette dérivée par rapport au potentiel de référence, de manière à obtenir une tension de correction de la tension de com- mande, la sortie de ces moyens de comparaison étant reliée à une entrée de correction de la tension fournie par le circuit de commande. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comprend en outre des moyens de régulation de la tension de correction, connectés entre les moyens de comparaison et le circuit de commande. 6. Dispositif de contrôle, selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les divers moyens qu'il comprend sont des circuits intégrés sur substrat semi- conducteur. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les divers moyens qu'il comprend sont alimentés par le convertisseur. 8. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'un convertisseur tension-fréquence est connecté entre le circuit d'utilisation et le circuit de commande. 9. Dispositif, selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'un régulateur de courant est connecté entre le circuit d'utilisation et le circuit de commande.