Brevet FR2506093A1 — publié le 19821119

L'invention concerne l'utilisation de l'énergie solaire. Les générateurs photovoltaSques permettent de convertir l'énergie solaire en courant électrique. Ces générateurs délivrent naturellement une puissance variable en fonction de l'éclairement. A éclairement donné, leur caractéristique courant-tension ntest pas linéaire, et présente au contraire une forme presque rectangulaire. De ce fait, l'utilisation directe de l'énergie fournie par ces générateurs, est souvent problématique. Par ailleurs, les applications de l'énergie solaire nécessitent fréquemment d'alimenter un moteur à courant continu, afin d'obtenir une énergie mécanique auxiliaire, par exemple pour faire circuler de l'air dans une enceinte a effet de serre. Or les moteurs à courant continu, avec ou sans collecteur, appellent un courant important au démarrage. Ce courant ne peut être fourni qu'en surdimensionnant de façon importante les générateurs photovoltaques, solution évidemment insatisfaisante, ou bien en acceptant que le moteur ne démarre qu'en présence d'un éclairement maximal, ce qui ne correspond pas au besoin de la plupart des applications : on désire la plupart du temps que la vitesse de rotation du moteur varie de façon monotone, et à peu près proportionnelle, avec l'éclairement. La présente invention vient apporter une solution au problème ci-dessus. L'invention propose donc un quadripôle d'interconnexion entre un générateur photovoltalque et une charge telle qu'un moteur à courant continu, avec ou sans collecteur, nécessitant un fort courant de démarrage. Le quadripôle proposé comporte un accumulateur d'énergie monté en parallèle côté générateur,un interrupteur commandé monté en série sur l'un des fils entre générateur et charge, et un circuit de commande de l'interrupteur, en fonction de la tension aux bornes de l'accumulateur pour que cet interrupteur conduise au-delà d'un seuil de tension choisi. De préférence, le circuit de commande comprend une bascule à hystéréris, avantageusement réalisée par deux transistors, ainsi qu'une source de tension de référence. De son coté, l'interrupteur commandé peut être réalisé sous la forme d'un transistor monté en série par maille émetteur-collecteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre un exemple de caracté- ristique courant-tension d'un générateur photovoltaique,et - la figure 2 illustre le schéma électrique d'un mode de réalisation du quadripôle selon l'invention. La figure 1 concerne le cas où l'on branche ensemble trente six cellules photovoltalques au silicium, de façon à obtenir une tension nominale de 12 Volts. Pour un ensoleillement de 100 Watts par mètre carré, le courant demeure pratiquement constant jusqu'd environ 14 Volts, pour descendre rapidement jusqu'à la valeur nulle à 16 Volts. Un ensoleillement de 500 Watts par mètre carré donne un courant nettement plus élevé, qui aura un peu baissé dès 12 Volts, et tombe lui aussi à zéro pour 16 Volts. Enfin, pour l'ensoleillement maximal de 1000 Watts par mètre carré, on obtient le courant maximal, qui commence à décroître à partir de il Volts, délivre la puissance maximale du générateur à la valeur de 12 Volts, et tombe à zéro pour la valeur de 16 Volts. L'homme de l'art comprendra que si le génEra- teur photovoltaique est dimensionné pour permettre le démarrage du moteur à 12 Volts, en fournissant directement -le courant nécessaire, ce même générateur se trouvera ensuite surdimensionné dès lors que le moteur aura atteint sa consommation nominale en régime stationnaire. Il en résulte que le moteur sera associé à un générateur photo voltaSque trop important pour lui en régime permanent. Malgré tout, il faudra quand même atteindre un ensoleillement non négligeable pour que le moteur consente à démarrer. On aboutit donc finalement à une très mauvaise utilisation de l'énergie fournie par le générateur photo voltalque, alors que celui-ci est la la plupart du temps pour servir d'auxiliaire à un autre dispositif utilisant l'énergie solaire, telle qu'une enceinte à effet de serre. Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention propose le montage quadripolaire illustré sur la figure 2. Ce montage commence par un condensateur 10, monté en parallèle, et choisi de capacité suffisante pour être capable de fournir lui-même le courant d'appel nécessaire pendant la phase transitoire de démarrage du moteur. En série sur l'un des fils, par exemple le fil +, qui relie le générateur photovoltalque PV au moteur M, on trouve la maille émetteurcollecteur d'un transistor 40, qui est ici du type PNP. Le circuit de commande du transistor, désigné par la référence générale 20, prend tout d'abord une source de tension de référence. Celle-ci se compose d'un montage diviseur de tension branché en parallèle, et constitué d'une résistance 22 côté ligne +, et d'une diode Zener 21 côté ligne -. La tension de la diode Zener 21 est par exemple de 6,2 Volts. Cette tension est appliquée à la base d'un transistor 30, du type NPN, dont l'émetteur est relié lui aussi à la ligne - par une résistance 32, tandis que son collecteur est relié à la ligne + par une résistance 31, avantageusement égale à la résistance 32. Le collecteur du transistor 30 est relié à la base d'un transistor 34, également du type NPN, dont l'émetteur est relié par l'intermédiaire d'une résistance 33 à l'émetteur du transistor 30. Enfin, le collecteur du transistor 34 commande le transistor 40, pour définir l'état conducteur ou bloqué de celui-ci. Le fonctionnement est le suivant - tant que la tension délivrée par le générateur photo voltaïque PV est inférieure à un certain seuil, voisin de 12 Volts, le transistor 30 est rendu conducteur et saturé par le courant injecté dans sa base, à travers la résistance 22. Le courant principal traversant sa maille collecteur-émetteur est insuffisant pour déve- lopper aux bornes de la résistance 32 une tension égale à la tension de base (6,2 Volts maximum) moins la ten sion de jonction émetteur-base. Le transistor 30 étant en saturation, sa tension collecteur-émetteur est insuffisante pour faire conduire le transistor 34, d'où il résulte que le transistor 40 est bloqué. L'énergie délivrée par le générateur photovoltaique PV sert alors essentiellement à charger le condensateur 10. lorsque la tension de charge de ce condensateur devient supérieure à 12 Volts, le transistor 30 va à un certain moment cesser de conduire, sa tension d'émetteur deve nant supérieure à 6,2 Volts. AussitOt, le transistor 34 voit une forte tension entre son émetteur et sa base, et le montage bascule, faisant brutalement conduire le transistor 40. L'énergie accumulée dans le conden sateur 10 est alors suffisante pour faire démarrer le moteur M. - la résistance 33 étant de valeur inférieure à celle des résistances 31 et 32, la conduction par le trajet collecteur-émetteur dans le transistor 34 va produire aux bornes de la résistance 32 une tension supérieure à ce qu'elle était du fait de la conduction du transistor 30, à tension égale délivrée par le géné rateur photovoltaîque. On obtient ainsi un effet d'hystérésis, et le transistor 34 ne cessera de conduire que pour une tension égale par exemple à environ 8 Volts. A ce moment la, les transistors 34 et 40 se bloquent à nouveau, le moteur s'arrête, et le transistor 30 redevient conducteur, tandis que le condensateur 10 va se remettre à se charger pour produire ultérieurement un nouveau démarrage du moteur. On voit immédiatement que le montage de la présente invention permet d'assurer un démarrage du moteur en toutes circonstances, par accumulation de l'énergie nécessaIre au démarrage dans le condensateur 10, cette accumulation pouvant se faire pratiquement pour toute la plage utile des valeurs de l'ensoleillement. EXEMPLE On donnera ci-après un exemple de réalisation particulier : Condensateur 10 : 22 000 MicroFarads 25-Volts Diode Zener 21 a 6,2 Volts Résistance 22 : 2,2 kiloohms Transistors 30 et 34 du type 2N2222 Résistances 31 et 32 : 470 ohms Résistance 33 : 220 ohms Transistor 40 du type PNP tel que le modèle D45R. Un autre mode de réalisation de l'invention fait usage d'une batterie électrochimique (Plomb, ou encore Cadmium-Nickel), très avantageusement maintenue à température constante, à la place du condensateur 10. Les seuils de tension sont alors choisis comme suit - conduction du transistor 40, lorsque la tension de bat terie révèle une charge quasi complète (80 z à 100 % de la pleine charge par exemple), - blocage ultérieur du transistor 40, au voisinage de la décharge quasi complète (10 à 20 % de la charge par exemple). Par exemple pour une batterie au Plomb à 250C, les seuils peuvent être de 14 Volts environ, et de 10 à 11 Volts, respectivement. La batterie peut être de faible capacité, servant simplement à assurer le démarrage du moteur Pour maintenir la vatterie à température constante, on peut la loger dans une enceinte formant tampon thermique, par exemple à l'aide d'un mélange de chlorure de calcium hexahidraté (caca2, 6H20) et de chlorure de calcium soluble tétrahydraté (CaCl2, 4H20), avec une forte chaleur latente de transition aux environs de 30 C. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et s'étend à toute variante conforme à son esprit. Elle permet non seulement d'alimenter des moteurs à courant continu avec ou sans collecteur, mais aussi toute autre charge à courant continu nécessitant un fort courant de démarrage. Bien entendu, on pourra également faire différentes variantes dans le montage proposé, et notamment intervertir les polarités des transistors, comme le sait l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Quadripole d'interconnexion entre un générateur photovoltaîque, et une charge, telle qu'un moteur à courant continu, nécessitant un fort courant de démarrage, caractérisé par le fait qu'il comporte un accumulateur d'énergie (10) monte en parallèle côté générateur (PV), un interrupteur commandé (40) monté en série sur l'un des fils entre générateur et charge, et un circuit de commande (20) de l'interrupteur, en fonction de la tension aux bornes de l'accumulateur, pour qu'il conduise au-delà d'un seuil de tension. 2. Quadripôle selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le circuit de commande comprend une bascule à hystérésis (30 à 34) et une source de tension de référence (21, 22). 3. Quadripôle selon la revendication 2, carac térisé par le fait que l'interrupteur commandé (40) est un transistor en série par sa maille emetteur-collecteur. 4. Quadripôle selon la revendication 3, carac terse par le fait que le circuit de commande (20) comprend un premier transistor (30) dont la base est commandée par la source de tension de référence (2-1, 22), et dont collecteur et émetteur sont reliés aux deux bornes du générateur (PV) par deux résistances respectives (31, 32), en même temps que branchés, en série avec une troisième résistance (33), dans la maille emetteur- base d'un second transistor (34), dont le collecteur commande le transistor-interrupteur (40). 5. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'accumulateur d'énergie (10) comprend un condensateur. 6. Quadripôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'accumulateur d'énergie comprend une batterie. 7. Quadripôle selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la batterie est maintenue à température constante.