Brevet FR2943852A1 — publié le 20101001

La présente invention concerne un module photovoltaïque susceptible de se voir occulté par un ombrage et comprenant une surface exposée au rayonnement solaire, et au moins un premier ensemble et un second ensemble, chaque ensemble comprenant au moins une cellule photovoltaïque ou une pluralité de cellules photovoltaïques, ainsi qu'une installation comportant une pluralité de tels modules. Un panneau photovoltaïque en captant l'énergie de la lumière solaire génère de l'électricité grâce à des cellules photovoltaïques. Une cellule photovoltaïque est un composant électronique de type photodiode. Ce composant électronique à plusieurs comportements tels que : - sous radiation lumineuse, ce composant se comporte en générateur électrique - dans l'obscurité, ce composant se comporte en récepteur, devient résistif et donc consomme de l'énergie pour la transformer en chaleur. Dans le cas d'un mode récepteur, la photodiode va anormalement chauffer pouvant aller jusqu'à sa destruction. Pour éviter tout dommage, il est utilisé des diodes dites � bypass � pour véhiculer l'énergie automatiquement dès qu'une photodiode se met en mode récepteur. Couramment, il est utilisé une diode � bypass � pour chaque groupement de plusieurs cellules constituant le module, un module comportant généralement plusieurs groupements de cellules. Dès qu'une diode � bypass � est en fonctionnement, le panneau photovoltaïque est en mode dégradé, et ne génère pas la quantité d'énergie optimale prévue. La diode � bypass � véhicule le courant généré par les autres ensembles de cellule du module pour éviter de détruire par échauffement résistif la cellule ayant une ombre portée sur sa surface. En mode dégradé, un courant traverse toujours la cellule ombragée qui est passé en mode récepteur, cependant ce courant est réduit grâce à la dérivation effectuée par la diode � bypass �. Une installation s'inscrit dans un environnement qui évolue au grès des saisons et des années. Toute installation peut être assujettie à un phénomène d'ombrage généré par un arbre, une branche, des feuilles, ou tout autres corps émanant de cet environnement. Selon l'évolution de l'environnement, il peut être délicat de déterminer avec efficacité la périodicité d'élagage. Il est donc nécessaire de détecter rapidement et précisément une ombre portée sur chacun des panneaux photovoltaïque et de la signaler pour réaliser une opération d'élagage ou de maintenance. La précision de la détection doit être d'autant plus importante dans un champ photovoltaïque comportant un grand nombre de modules photovoltaïques. Jusqu'à aujourd'hui, tous les systèmes de détection portent sur la détection d'ombre sur la surface d'un panneau parmi plusieurs panneaux d'un même champ photovoltaïque complet. Ces systèmes de détection obligent à disposer un système de � prise de décision � déporté du module. Un module unique sorti de son environnement n'est pas capable de définir s'il est dans de bonnes conditions de fonctionnement. Il doit transmettre ces données mesurées vers une centrale qui suivant les résultats des autres modules constituant le champ photovoltaïque déterminera si il fonctionne correctement. Ce type de système adopte donc une approche comparative des résultats de mesures entre plusieurs modules d'un même champ photovoltaïque. Avec un tel système, il faut au moins deux panneaux photovoltaïques pour pouvoir comparer les résultats entre modules. Le système ne fonctionne pas pour un champ comprenant un seul panneau photovoltaïque. La pertinence de la détermination de fonctionnement est directement liée au nombre de panneau constituant le champ. Plus il y a de panneaux à comparer et plus la décision pourra être efficace. L'efficacité est liée aussi à la typologie de l'installation et à la variation d'exposition du champ. Si plusieurs modules sont orientés différemment les uns des autres, il sera très difficile d'avoir un algorithme de détermination de défaut efficace et adéquat. La présente invention a pour objectif de proposer une solution à ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un module photovoltaïque comprenant une surface exposée au rayonnement solaire, et au moins un premier ensemble et un second ensemble, chaque ensemble comprenant au moins une cellule photovoltaïque ou une pluralité de cellules photovoltaïques, caractérisé en ce que le module comporte également au moins des premiers moyens de mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement aux bornes du premier ensemble, et des seconds moyens de mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement aux bornes du second ensemble, et des moyens de comparaison de valeurs de mesures fournies respectivement par les moyens de mesure des ensembles de cellules photovoltaïques afin de détecter l'ombrage d'au moins une cellule photovoltaïque. Cette disposition permet d'effectuer une détection d'ombre indépendamment des autres panneaux d'un même champ, le module étant autonome dans la détection de défauts liés à l'ombrage. Une ombre portée sur une cellule est donc détectée automatiquement par le module et non pas par le champ de modules. De plus, la typologie de l'installation et la variation d'exposition du champ n'ont pas d'influence sur la détection d'ombre : il importe peu que les modules aient la même orientation car chaque module est considéré individuellement des autres. Ainsi, cette invention est capable d'orienter l'opération de maintenance sur un panneau photovoltaïque en particulier qu'elle identifie à partir d'un ombrage partiel du panneau. Selon un mode de réalisation, les moyens de mesure sont adaptés pour réaliser une mesure de tension. Cette mesure de tension est réalisée par une interface d'adaptation en charge de la mise en forme des signaux (tensions...) pour obtenir des mesures fiables et précises. Ce mode de mesure est utilisé sur des panneaux dont les cellules sont connectées entre elles en série. Pour des panneaux dont les cellules sont disposées en parallèle, le paramètre de mesure pertinent est l'intensité. Avantageusement, les moyens de comparaison sont agencés pour émettre un signal d'alerte en cas de dépassement d'un niveau de seuil prédéterminé par le résultat de la comparaison entre les valeurs fournies par les moyens de mesure. Le niveau de seuil prédéterminé permet de définir un mode de fonctionnement dégradé du module. Selon un mode de réalisation, les moyens de mesure et de comparaison sont intégrés dans l'épaisseur de l'au moins un module photovoltaïque. Ces moyens se trouvent ainsi protégés des agressions du milieu extérieur pouvant survenir tels que la météo ou bien les vols et augmente donc la durée de vie d'un module photovoltaïque comprenant ces moyens. Selon un mode de réalisation, le module photovoltaïque comprend des moyens d'aiguillage agencés pour couper la liaison électrique d'au moins un ensemble de cellules photovoltaïque du circuit du même module photovoltaïque en cas d'ombrage d'au moins une cellule de cet ensemble. Cette disposition permet de couper le courant dans l'ensemble concerné tout en assurant son passage à travers le module et permet ainsi de retirer ou simplifier considérablement la boîte de jonction accueillant habituellement l'ensemble des diodes � bypass �. En outre, la cellule ombragée ou défaillante ne présente pas de potentiel inverse à ses bornes. L'invention a également pour objet une installation comprenant une pluralité de modules selon l'une des revendications précédentes, chaque module comprenant des moyens de communication avec un système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore informant un opérateur sur l'état et la localisation des modules photovoltaïques ombragés ou défaillant d'un champ photovoltaïque. Cette disposition permet à l'exploitant de l'installation d'être informer pendant la journée sur l'état et le rendement relatif de chaque module photovoltaïque composant son installation et donc de pouvoir agir en conséquence suivant l'information communiquée. Le système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore permet de repérer facilement les modules défaillant. Ainsi cette invention peut être couplée à des opérations préventives et apportera plus d'efficacité à l'installation. De plus, pour une ombre portée périodiquement à certaines heures de la journée, et sur un même endroit du panneau photovoltaïque, le système de visualisation et/ou de restitution d'alarme communiquera au terme d'un laps de temps adéquat une indication pour une intervention de maintenance sur le module photovoltaïque et/ou sur l'environnement. Avantageusement, le système de restitution et de visualisation est agencé pour représenter les modules de la pluralité de modules, l'installation étant agencée pour, dans un mode de fonctionnement de localisation, détecter un ombrage volontaire d'un module et affecter un identifiant spécifique audit module de façon à établir une correspondance entre la représentation d'un module dans les moyens de visualisation et ce module. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés, représentant à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'une chaîne photovoltaïque selon l'invention. La figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'une installation comprenant une pluralité de modules photovoltaïques selon l'invention. La figure 2 est un schéma partiel un module de la figure 1 illustrant les moyens d'aiguillage. La figure 3 est un schéma de l'installation de figure 1 détaillant le mode de fonctionnement de localisation de l'installation. Ainsi que représenté sur la figure 1, une installation photovoltaïque 1 comprend une pluralité de modules photovoltaïques 2 pouvant être reliés électriquement en série ou en parallèle. Un module photovoltaïque 2 selon l'invention comprend plusieurs ensembles 4 ou � string � comprenant chacun des cellules photovoltaïques en série ou en parallèle destinés à la production d'énergie électrique à partir du rayonnement solaire. Le module 2 présente une surface exposée à l'environnement extérieur et au rayonnement solaire. Le module 2 comporte également des moyens de mesure 5 de paramètre de fonctionnement, notamment de la tension aux bornes des ensembles de cellules 4 pour une connexion en série des cellules. Le module comporte en outre des moyens de comparaison 6 de valeurs de mesures fournies les moyens de mesure 5 des ensembles 4 de cellules photovoltaïques afin de détecter l'ombrage d'au moins une cellule photovoltaïque. Chaque module photovoltaïque comprend également un dispositif électronique 3 regroupant une interface d'acquisition constituant les moyens de mesure 5, un microcontrôleur constituant les moyens de comparaison 6 et des moyens de communication des défauts 7. Ce dispositif est intégré dans l'épaisseur du module photovoltaïque 2. Les moyens de comparaison 6 sont agencés pour faire émettre un signal d'alerte en cas de dépassement d'un niveau de seuil prédéterminé par le résultat de la comparaison entre les valeurs fournies par les moyens de mesure 5. L'installation photovoltaïque 1 comprend un système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore 8 situé à distance des modules 2 et communiquant avec les moyens de communication des défauts 7 de chaque module 2. L'installation photovoltaïque comprend également des moyens d'aiguillage 10 pilotés par le microcontrôleur 6 disposé lui aussi dans l'épaisseur du module photovoltaïque 2. Les moyens d'aiguillage 10 peuvent être réalisés par toute la famille de relais dit statiques ou électromécaniques. Dans le cas de relais statique, il est possible d'employer des composants de types bipolaires et MOSFET, selon les grandeurs physiques engendrées par le module photovoltaïque 2. Le fonctionnement de la détection d'ombrage et du repérage d'un module photovoltaïque avec des ensembles et des cellules reliées en série est le suivant. L'interface d'acquisition 5 permet l'obtention et le traitement de signaux correspondant à la tension aux bornes de chaque ensemble 4 de cellules. Cette interface 5 peut être notamment constituée de ponts diviseur de tension, et potentiellement de � switchs �. Ces valeurs de tension ainsi que la période au cours de laquelle elles ont été acquises sont ensuite stockées en mémoire par le microcontrôleur 6. Le microcontrôleur 6 est agencé pour comparer et mesurer les différences de potentiels de chaque ensemble 4 ou � string � constituant le module photovoltaïque 2. Lorsqu'une ombre vient occulter au moins une cellule d'un des ensembles 4 du module photovoltaïque 2, il apparaît une différence de tension entre un ensemble 4 ombré et un ensemble 4 non ombré d'un même module. Le microcontrôleur exécute un algorithme de détermination de défauts prenant en compte une valeur seuil de référence préprogrammée qui définira la limite entre un mode de fonctionnement normal du module et un mode de fonctionnement dégradé en fonction des différences de tension observées. Les seuils d'alertes peuvent par exemple être gradués jusqu'à atteindre la demande d'une intervention pour retrouver à nouveau un état de production optimale. De plus, cette invention peut également prendre en compte en plus d'une comparaison entre éléments d'un même module 2, une approche comparative de résultats de mesures entre plusieurs modules 2 d'un même champ photovoltaïque afin de prendre en compte le cas où un même module photovoltaïque 2 est entièrement ombragé, ne faisant pas apparaitre de différence de tension entre les différents ensembles 4 le composant. Il est également possible de préprogrammer ce microcontrôleur 6 afin de lui conférer une tolérance dans la détection de l'ombrage suivant le lieu de l'installation et de l'environnement entourant le module 2. Si ces différences se répètent durant une période prédéfinie et qu'elles dépassent des seuils d'alertes eux aussi préprogrammés, alors le microcontrôleur 6 informe le moyen de communication des défauts 7 de la présence d'une ombre. Celui-ci est en charge de transmettre l'information via un moyen de transmission 9 comme par exemple une liaison sans fil wifi, au système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore 8 distant pour informer l'exploitant de l'état de fonctionnement de l'installation 1, afin de pouvoir agir rapidement face à une détection d'ombrage. Une opération de maintenance (élagage) ou de nettoyage est ensuite décidée en fonction de l'information communiquée. Lors de la détermination par le microcontrôleur 6 d'une défaillance ou d'un ombrage de cellules d'un des ensembles 4 d'un même module photovoltaïque 2, celui-ci pilote les moyens d'aiguillage 10 afin : d'ouvrir au moins une liaison 12 reliant, l'ensemble 4 comportant la ou les cellules à l'origine de la défaillance ou subissant un ombrage au circuit du module photovoltaïque 2, et de ménager une dérivation 13 permettant tout de même le passage du courant dans le reste du module 2 dans les autres ensembles 4 II est à noter que le fonctionnement décrit ci-dessus sur la base d'une mesure de tension pourrait se baser sur la mesure d'un autre paramètre de fonctionnement des ensembles 4 de cellules, comme par exemple l'intensité qui sera un paramètre plus adapté pour des modules comprenant des ensembles avec une pluralité de cellules photovoltaïque connectées en parallèle. Selon une forme préférée de l'invention, la liaison entre les moyens de communication 7 de chaque module et le système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore 8 distant peut être réalisée par des moyens de transmission 9 sans fil tels le wifi, radio, Bluetooth. Cela permet de pouvoir disposer d'un système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore mobile, ou fixe sans qu'aucun travaux d'installation supplémentaire ne soit nécessaire, comme par exemple pour le passage de fils jusqu'au lieu d'implantation du système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore 8. Selon un second aspect de l'invention, la liaison entre les moyens de communication 7 de chaque module et le système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore 8 distant peut encore être réalisée par des moyens de transmission 9 filaire tels en mode bus, en liaison série ou encore par courant porteur de ligne. Cela permet d'effectuer une installation 1 simple sans paramétrages particuliers lorsque l'utilisation d'une liaison sans fil 9 n'est pas justifiée. Le système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore 8 quant à lui, peut consister en un logiciel sur PC vers un site web dédié et/ou une interface ergonomique de type monitoring résidentiel et/ou une interface dédiée. Le logiciel sur PC est particulièrement adapté pour des exploitations de grande centrale photovoltaïque, le monitoring résidentiel est adapté pour le monde résidentiel et les particuliers, enfin l'interface dédiée est plus adaptée pour l'utilisation par les installateurs et les opérateurs de maintenance. Pour identifier un panneau en particulier afin de pouvoir l'afficher sur un écran 14 compris dans le système de visualisation 8, l'installateur doit affecter l'affichage d'un panneau à l'écran à chacun des panneaux du champ photovoltaïque comme cela est représenté sur la figure 3. Pour cela, il est prévu un mode de localisation dans une installation selon l'invention qui sera décrit ci-dessous en référence à la figure 3. Un installateur peut choisir ce mode de localisation puis provoquer volontairement une ombre sur un premier module 21. Le module détecte l'ombre et renseigne le système de visualisation 8 sur son ombrage par les moyens de communication 7 qui sont décrit sur la figure 3 comme des moyens de communication sans fils, en transmettant simultanément un identifiant du module photovoltaïque 21 ou adresse de celui-ci sous la forme par exemple d'un numéro unique, de préférence non modifiable au système de visualisation 8. Une fois renseigné, le système de visualisation 8 passe au second module 22 à localiser, le module détecte l'ombre et transmet l'information au système de visualisation 8 et ainsi de suite. Ainsi, chacun des modules photovoltaïques 21 à 2N envoie son identifiant au système de visualisation 8 lors de la détection de l'ombre en mode localisation. Selon une configuration choisie, le premier module à localiser est le premier à avoir été installé. Il est possible que le système de visualisation 8 se distingue en un système additionnel spécifique pour l'installateur. Cet outil simplifié est portable et a un affichage réduit. Ce système additionnel peut ensuite transférer les données récoltées via la communication wifi, hertzienne ou encore USB sur le système de visualisation 8. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation préférentielles décrites ci-dessus, à titre d'exemple non-limitatif ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS1. Module photovoltaïque (2) comprenant une surface exposée au rayonnement solaire, et au moins un premier ensemble et un second ensemble, chaque ensemble (4) comprenant au moins une cellule photovoltaïque ou une pluralité de cellules photovoltaïques,caractérisé en ce que le module (2) comporte également au moins des premiers moyens de mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement aux bornes du premier ensemble, et des seconds moyens de mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement aux bornes du second ensemble, et des moyens de comparaison (6) de valeurs de mesures fournies respectivement par les moyens de mesure (5) des ensembles (4) de cellules photovoltaïques afin de détecter l'ombrage d'au moins une cellule photovoltaïque. 2. Module photovoltaïque (2) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de mesure (5) sont adaptés pour réaliser une mesure de tension. 3. Module photovoltaïque (2) selon la revendication 1, dans lequel les moyens de mesure (5) sont adaptés pour réaliser une mesure d'intensité. 4. Module photovoltaïque (2) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de comparaison (6) sont agencés pour émettre un signal d'alerte en cas de dépassement d'un niveau de seuil prédéterminé par le résultat de la comparaison entre les valeurs fournies par les moyens de mesure (5). 5. Module photovoltaïque (2) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de mesure (5) et de comparaison (6) sont intégrés dans l'épaisseur de l'au moins un module photovoltaïque (2). 6. Module photovoltaïque (2) selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens d'aiguillage (12, 13) agencés pour couper la liaison électrique d'au moins un ensemble de cellules photovoltaïque (2) du circuit du même module photovoltaïque (2) en cas d'ombrage d'au moins une cellule de cet ensemble (4). 7. Installation photovoltaïque (1) comprenant une pluralité de modules (2) selon l'une des revendications précédentes, chaque module (2) comprenant des moyens de communication (7) avec un système de visualisation et/ou de restitution d'alarme visuel et/ou sonore (8) informant unopérateur sur l'état et la localisation des modules photovoltaïques ombragés ou défaillant d'un champ photovoltaïque. 8. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 7, dans laquelle le système de restitution et de visualisation (8) est agencé pour représenter les modules de la pluralité de modules, l'installation étant agencée pour, dans un mode de fonctionnement de localisation, détecter un ombrage volontaire d'un module (2) et affecter un identifiant spécifique audit module de façon à établir une correspondance entre la représentation d'un module dans les moyens de visualisation et ce module (2).