Brevet FR2956533A1 — publié le 20110819

-1- La présente invention concerne le domaine des installations électriques comprenant des moyens générateurs de courant continu comportant au moins un module photovoltaïque. Dans ce qui suit, on appelle module photovoltaïque un ensemble comprenant au moins une cellule photovoltaïque produisant, lorsqu'elle est exposée à la lumière, en général à la lumière du soleil, une tension continue. Un module photovoltaïque comprend en général plusieurs cellules photovoltaïques reliées électriquement entre elles de façon à former un dipôle aux bornes duquel la tension peut atteindre plusieurs dizaines de volts, par exemple 30 à 120 volts, selon le type de module. Les modules photovoltaïques peuvent également être reliés électriquement entre eux en série ou en parallèle. On connaît déjà dans l'état de la technique des moyens générateurs de courant continu comportant des modules photovoltaïques destinés à alimenter un circuit de charge tel que par exemple un circuit électrique équipant un bâtiment public ou privé. Dans ce cas, le bâtiment, en général la couverture de ce bâtiment, est équipé de modules photovoltaïques formant les moyens générateurs de courant continu. Comme on souhaite habituellement disposer de courant alternatif dans le circuit de charge équipant le bâtiment, les modules photovoltaïques sont généralement reliés au circuit de charge par l'intermédiaire d'un onduleur (ou plusieurs onduleurs). L'onduleur transforme le courant continu généré par les modules photovoltaïques en courant alternatif présentant des caractéristiques de fréquence, d'intensité et de tension requises par les équipements ou resaux élécriques connectés à l'onduleur . Dans le cas d'un bâtiment équipé de modules photovoltaïques, on veut pouvoir isoler le circuit de charge du bâtiment par rapport à tous les moyens générant du courant, notamment pour permettre, en toute sécurité, une opération de maintenance ou de gestion d'un sinistre (inondation, incendie, etc.) subi par le bâtiment. Or, lorsque les moyens générateurs de courant comprennent des modules photovoltaïques, l'isolation ce ces moyens générateurs par rapport au circuit de charge du bâtiment n'évite pas pour autant la subsistance d'une tension aux bornes des modules photovoltaïques. En effet, ces derniers restent exposés à la lumière extérieure du bâtiment. La tension subsistant aux bornes des modules photovoltaïques constitue donc un danger pour les équipes d'intervention. L'invention a pour but de permettre d'isoler des moyens générateurs de courant comprenant des modules photovoltaïques par rapport à un circuit de charge 2956533 -2- habituellement relié à ces modules, par exemple un circuit électrique équipant un bâtiment, ceci en évitant qu'il subsiste aux bornes des modules photovoltaïques une tension non négligeable, susceptible de gêner une équipe d'intervention. A cet effet, l'invention a pour objet une installation électrique comprenant des 5 moyens générateurs de courant continu comportant au moins un module photovoltaïque destinés à alimenter un circuit de charge, caractérisée en ce qu'elle comprend û des moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs, et û des moyens (26) de commutation des moyens générateurs entre 10 ûune première configuration assurant l'alimentation du circuit de charge et ûune seconde configuration assurant à la fois l'isolement des moyens générateurs par rapport à ce circuit de charge et l'activation des moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs. L'invention s'oppose au principe retenu habituellement par l'homme du métier 15 d'éviter de mettre en court-circuit une source d'alimentation électrique. En effet, l'homme du métier considère habituellement que la mise en court-circuit d'une source d'alimentation électrique détruit définitivement cette source. Or, contrairement à ce préjugé, l'invention a permis d'établir que la mise en court-circuit des modules photovoltaïques ne les détériore pas, ceux-ci s'avérant 20 capable de dissiper l'énergie produite par leur mise en court-circuit. N'étant pas endommagés par leur mise en court-circuit, les modules photovoltaïques sont à nouveau opérationnels après suppression des courts-circuits. Ainsi, en cas d'opération de maintenance dans un bâtiment muni d'une installation électrique selon l'invention ou en cas de sinistre subi par ce bâtiment, 25 les moyens de commutation de l'invention permettent de placer les moyens générateurs de courant dans la seconde configuration assurant à la fois l'isolement des moyens générateurs par rapport au circuit de charge et l'activation des moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs. La tension de court-circuit aux bornes des modules photovoltaïques, 30 théoriquement nulle, est dans la pratique négligeable. Il n'y a donc pas de danger pour les éventuelles équipes d'intervention. Lorsque l'opération de maintenance est terminée ou lorsqu'il est mis fin au sinistre, les moyens de commutation permettent de replacer les moyens générateurs de courant dans la première configuration assurant l'alimentation du 35 circuit de charge, les modules photovoltaïques n'ayant pas été endommagés et pouvant donc alimenter à nouveau le circuit de charge. 2956533 -3- Suivant d'autres caractéristiques optionnelles de l'invention: û les moyens de commutation des moyens générateurs comprennent des moyens formant relais commandés par un circuit de commande électrique, la première configuration des moyens de commutation étant imposée par un état 5 alimenté du circuit de commande et la seconde configuration des moyens de commutation étant imposée par un état non alimenté du circuit de commande; û les moyens formant relais sont de type électromécanique, le circuit de commande formant circuit d'alimentation des deux moyens formant électroaimants des moyens formant relais électromécaniques; 10 ûle circuit de commande comprend des moyens d'ouverture de ce circuit de commande comportant des moyens d'arrêt manuel ou automatique de l'alimentation du circuit de charge; û les moyens d'ouverture du circuit de commande comprennent des moyens à commande manuelle d'arrêt d'urgence de l'alimentation du circuit de charge, 15 par exemple du type à bouton-poussoir; û les moyens d'ouverture du circuit de commande comprennent des moyens à commande manuelle d'arrêt non urgent de l'alimentation du circuit de charge, par exemple à des fins de maintenance du circuit de charge; û les moyens d'ouverture du circuit de commande comprennent des moyens 20 formant disjoncteur différentiel; û l'installation comprend: û au moins deux modules photovoltaïques destinés à alimenter un circuit de charge et û un dispositif de raccordement électrique comprenant des moyens de 25 raccordement électrique de ces modules en série, les moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs et les moyens de commutation des moyens générateurs. L'invention a également pour objet un dispositif de raccordement électrique destiné à raccorder, d'une part, des moyens générateurs de courant continu 30 comportant au moins deux modules photovoltaïques à, d'autre part, un circuit de charge, ce dispositif comprenant des moyens de raccordement électrique en série de deux modules photovoltaïques, caractérisé en ce qu'il comprend û des moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs, et 35 ûdes moyens de commutation des moyens générateurs entre ûune première configuration assurant l'alimentation du circuit de charge, et 2956533 -4- - une seconde configuration assurant à la fois l'isolement des moyens générateurs par rapport à ce circuit de charge et l'activation des moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs. Suivant une caractéristique optionnelle de ce dispositif de raccordement, ce 5 dernier comprend un boitier dans lequel sont logés: û les moyens de raccordement électrique en série de deux modules photovoltaïques, û les moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs, et û les moyens de commutation des moyens générateurs. 10 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la figure unique représentant un schéma d'une installation électrique selon l'invention. On a représenté sur la figure unique une installation électrique selon l'invention désignée par la référence générale 10. Dans cet exemple, l'installation 10 est 15 destinée à équiper un bâtiment à usage privé ou public. L'installation 10 comprend des moyens 12 générateurs de courant continu destinés à alimenter un circuit de charge 14. Les moyens générateurs de courant continu 12 comprennent au moins un module photovoltaïque 16 de type classique. Le module 16 comprend un ensemble 20 de cellules photovoltaïques, reliées entre elles électriquement, d'un type classique, par exemple du type à silicium cristallin, à silicium amorphe, à couche mince type AsGa, CdTe, CIS ou encore à matériau organique. Selon le type, le module 16 peut être souple ou rigide. Un module rigide est généralement appelé « panneau ». Dans l'exemple illustré, les moyens formant générateurs de courant continu 12 25 comprennent plusieurs modules photovoltaïques 16 dont seulement trois sont représentés sur la figure. Chaque module photovoltaïque 16 forme un dipôle délivrant à ses bornes un courant continu. En lieu et place d'un ou de chaque module photovoltaïque 16, on peut prévoir une chaîne de modules photovoltaïques 16 reliés entre eux électriquement de façon connue en soi. 30 Les modules photovoltaïques 16 sont destinés à être exposés à la lumière extérieure. A cet effet, ils sont placés par exemple sur la toiture du bâtiment. En se référant à la figure, on voit que l'installation 10 comprend au moins un onduleur classique 18 raccordé, en entrée, aux modules photovoltaïques 16 et, en sortie, à un circuit électrique 20 de courant alternatif, formant partie du circuit de 35 charge 14, équipant le bâtiment. Le circuit électrique 20 est par exemple un réseau électrique triphasé. 2956533 -5- L'installation 10 comprend également au moins un dispositif de raccordement électrique 22 comportant un boîtier 23 muni, par exemple comme cela est illustré sur la figure, de trois entrées dipolaires ED1, ED2, ED3 et d'une sortie dipolaire SD. Chaque module photovoltaïque 16 (ou chaîne de modules photovoltaïques 16) 5 est relié électriquement à une entrée dipolaire ED1, ED2, ED3 correspondante. La sortie dipolaire SD est reliée électriquement à l'onduleur 18. Le boîtier 23 contient des moyens de raccordement en série des modules photovoltaïques 16 et des moyens de mise en court-circuit de chaque module photovoltaïque 16. 10 Les moyens de raccordement en série des modules 16 comprennent un circuit de raccordement en série 24 relié électriquement à la sortie SD du boîtier 23. Les moyens de mise en court-circuit des modules 16 comprennent un circuit correspondant CC1, CC2, CC3 pour chaque module 16. Ces circuits CC1, CC2, CC3 permettent donc la mise en court-circuit de l'ensemble des moyens 15 générateurs 12 de courant continu représentés sur la figure. Le boîtier 23 contient également des moyens 26 de commutation des moyens générateurs 12 entre : û une première configuration assurant l'alimentation du circuit de charge 14, et û une seconde configuration, telle représentée sur la figure, assurant à la fois 20 l'isolement des moyens générateurs 12 par rapport à ce circuit de charge 14 et l'activation des moyens de mise en court-circuit des moyens générateurs 12. Dans l'exemple illustré, les moyens de commutation 26 comprennent trois relais de puissance de type électromécanique R1, R2, R3. Chaque relais R1, R2, R3 a deux contacts inverseurs ouvert/fermé K1, K2, K3. 25 Chaque contact K1, K2, K3 est relié électriquement en permanence à un pôle de module photovoltaïque 16 par l'intermédiaire des entrées dipolaires ED1, ED2, ED3. Chaque relais R1, R2, R3 comporte un électroaimant, dont on a représenté une bobine B1, B2, B3, pour le déplacement des contacts correspondants K1, K2, K3 30 entre une position de mise en court-circuit de chaque module photovoltaïque 16, telle que représentée sur la figure, et une position de raccordement en série des modules photovoltaïques 16. Ainsi, dans leur position représentée sur la figure, les contacts K1, K2, K3 sont reliés aux circuits correspondants de mise en court-circuit CC1, CC2, CC3 et, dans leur autre position, les contacts K1, K2, K3 sont reliés à 35 des tronçons correspondants du circuit de raccordement en série 24. Le boîtier 23 contient également un circuit 28 d'alimentation des bobines B1, B2, 2956533 -6- B3 raccordé à une entrée EC du boîtier 23 destinée à être raccordée à un circuit 30, extérieur au boîtier 23, pour la commande des relais R1, R2, R3. Dans l'exemple illustré, les bobines B1, B2, B3 sont alimentées par du courant alternatif. Le circuit de commande 30 comprend donc une première ligne de phase 5 32 et une seconde ligne de phase ou de neutre 34. Ces lignes 32, 34 sont raccordées à l'entrée de commande EC du boîtier. En variante, les bobines B1, B2, B3 des relais pourraient être alimentées par du courant continu. Le circuit de commande 30 comprend des moyens d'ouverture de ce circuit 30 10 comportant des organes d'arrêt manuel ou automatique de l'alimentation du circuit de charge 14. En effet, la ligne de phase 32 du circuit de commande 30 comprend un contacteur classique à bouton-poussoir 35 formant des moyens à commande manuelle d'arrêt d'urgence de l'alimentation du circuit de charge 14. 15 Le bouton-poussoir 35 est logé dans un coffret d'accès (non représenté) adapté pour permettre un accès exceptionnel à de ce bouton-poussoir 35. Le bouton-poussoir 35 a une structure adaptée à sa fonction d'arrêt d'urgence. Ainsi par exemple, le bouton-poussoir 35 reste bloqué en position d'ouverture du circuit de commande 30 lorsqu'il est actionné en urgence. 20 Par ailleurs, la ligne de phase 32 du circuit de commande 30 comprend un contacteur 36 classique formant des moyens à commande manuelle d'arrêt non urgent de l'alimentation du circuit de charge 14, par exemple à des fins de maintenance de l'installation 10. Enfin, la ligne de phase 32 du circuit de commande 30 comprend des moyens 25 classiques 38 formant disjoncteur différentiel assurant un arrêt automatique de l'alimentation du circuit de charge 14 en cas de défaut électrique. On notera que le contacteur à bouton-poussoir 35, le contacteur 36 et le disjoncteur différentiel 38 sont agencés en série sur la ligne de phase 32 du circuit de commande 30. 30 On notera également que les moyens d'ouverture (contacteur à bouton-poussoir 35, contacteur 36 ou disjoncteur différentiel 38) du circuit de commande 30 peuvent être placés, d'une part, dans un état d'attente dans lequel le circuit de commande 30 est fermé et, d'autre part, dans un état d'ouverture du circuit de commande 30, si bien que le passage de l'état d'ouverture à l'état d'attente peut être réalisé par 35 une seule action sur un seul organe (bouton-poussoir 35, contacteur 36 ou disjoncteur différentiel 38). Cette seule action sur un seul organe réactive l'alimentation de l'ensemble du circuit de charge 14, ceci quelque soit le nombre de 2956533 -7- relais électromécaniques R1, R2, R3 utilisés, à condition que tous les relais soient reliés au même circuit de commande 30. En variante, les relais électromécaniques R1, R2, R3 peuvent être remplacés par des relais de puissance statiques. 5 L'installation électrique 10 selon l'invention présente de nombreux avantages. La première configuration des moyens de commutation 26 est imposée par un état alimenté du circuit de commande 30. Cette première configuration correspond au fonctionnement normal de l'installation électrique 10. La seconde configuration des moyens de commutation 26 est imposée par un 10 état non alimenté du circuit de commande 30. Cette seconde configuration est établie par exemple, manuellement, lorsque le bouton-poussoir d'arrêt d'urgence 35 est actionné ou, automatiquement, lorsque le disjoncteur différentiel 38 détecte un défaut de courant. La seconde configuration peut être établie également dans des cas non urgents par exemple lorsque l'on souhaite réaliser une opération de 15 maintenance de l'installation. Il suffit pour cela d'actionner manuellement le contacteur 36. Enfin, la seconde configuration peut être établie automatiquement lorsqu'une coupure accidentelle se produit dans le circuit de commande 30. Lorsque les moyens de commutation 26 sont dans leur seconde configuration, les bobines B1, B2, B3 des relais ne sont plus alimentées si bien que les contacts 20 K1, K2, K3 sont dans leur position de repos mettant en court-circuit chaque module photovoltaïque 16. La tension aux bornes de chaque module photovoltaïque 16 est alors presque nulle, ce qui évite tout danger à l'égard notamment d'une équipe de secours ou de maintenance. De préférence, lorsque l'installation 10 comporte plusieurs boîtiers électriques 25 23, on relie la ligne de phase 32 du circuit de commande à l'ensemble des boîtiers 23, de façon qu'un seul organe 35, 36, 38 d'arrêt de l'alimentation du circuit de charge 14 (notamment un seul bouton-poussoir d'arrêt d'urgence 35) puisse placer les moyens de commutation 26 de l'ensemble des boîtiers 23 dans leur seconde configuration. 30 Si, lors d'un sinistre dans le bâtiment, le bouton-poussoir d'arrêt d'urgence 35 a été actionné, l'installation 10 peut être réactivée à la fin du sinistre en réarmant ce bouton-poussoir 35, cette seule action permettant la remise en fonction de l'ensemble de l'installation électrique 10. L'agencement dans le boîtier 23, d'une part, des moyens CC1, CC1, CC3 de 35 mise en court-circuit des moyens générateurs de courant 12 et, d'autre part, des moyens de commutation 26, est particulièrement avantageux. En effet, ce boîtier 23 est placé à proximité des modules photovoltaïques 16 car il contient également 2956533 -8- les moyens 24 de raccordement en série de ces modules 16. Par conséquent, les moyens réalisant simultanément l'isolement des modules 16 par rapport au circuit de charge 14 et la mise en court-circuit de ces modules 16 sont placés à proximité des modules 16, ce qui raccourcit d'autant la longueur des circuits de court-circuit. 5 En variante, les moyens de mise en court-circuit CC1, CC2, CC3 et les moyens de commutation 26 pourraient être agencés dans des boîtiers électriques comprenant des moyens de raccordement électrique des modules 16 en parallèle. Bien entendu, une installation électrique selon l'invention pourrait comporter un nombre différent de modules photovoltaïques 16 que ceux évoqués dans 10 l'exemple. REVENDICATIONS1. Installation électrique comprenant des moyens (12) générateurs de courant continu comportant au moins un module photovoltaïque (16) destinés à alimenter un circuit de charge (14), caractérisée en ce qu'elle comprend ûdes moyens (CC1, CC2, CC3) de mise en court-circuit des moyens générateurs (12), et ûdes moyens (26) de commutation des moyens générateurs (12) entre û une première configuration assurant l'alimentation du circuit de charge (14) 10 et û une seconde configuration assurant à la fois l'isolement des moyens générateurs (12) par rapport à ce circuit de charge (14) et l'activation des moyens (CC1, CC2, CC3) de mise en court-circuit des moyens générateurs (12). 15 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle les moyens (26) de commutation des moyens générateurs (12) comprennent des moyens formant relais (RI, R2, R3) commandés par un circuit (30) de commande électrique, la première configuration des moyens de commutation (26) étant imposée par un état alimenté du circuit de commande (30) et la seconde configuration des moyens de 20 commutation (26) étant imposée par un état non alimenté du circuit de commande. 3. Installation selon la revendication 2, dans laquelle les moyens formant relais (RI, R2, R3) sont de type électromécanique, le circuit de commande (30) forme un circuit d'alimentation pour des moyens (B1, B2, B3) formant électroaimants des moyens formant relais (R1, R2, R3) électromécaniques. 25 4. Installation selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le circuit de commande (30) comprend des moyens d'ouverture de ce circuit de commande (30) comportant des moyens d'arrêt manuel (35, 36) ou automatique (38) de l'alimentation du circuit de charge (14). 5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle les moyens d'ouverture 30 du circuit de commande (30) comprennent des moyens à commande manuelle (35) d'arrêt d'urgence de l'alimentation du circuit de charge (14), par exemple du type à bouton-poussoir. 6. Installation selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle les moyens d'ouverture du circuit de commande (30) comprennent des moyens à commande 35 manuelle (36) d'arrêt non urgent de l'alimentation du circuit de charge (14), par exemple à des fins de maintenance du circuit de charge (14). 2956533 -10- 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle les moyens d'ouverture du circuit de commande (30) comprennent des moyens formant disjoncteur différentiel (38). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 comprenant û au moins deux modules photovoltaïques (16) destinés à alimenter un circuit de charge (14) et û un dispositif de raccordement électrique (22) comprenant des moyens (24) de raccordement électrique de ces modules (16) en série, les moyens (CC1, CC2, CC3) de mise en court-circuit des moyens générateurs (12) et les moyens de commutation (26) des moyens générateurs (12). 9. Dispositif de raccordement électrique destiné à raccorder, d'une part, des moyens (12) générateurs de courant continu comportant au moins deux modules photovoltaïques (16) à, d'autre part, un circuit de charge (14), ce dispositif (23) comprenant des moyens (24) de raccordement électrique en série de deux modules photovoltaïques (16), caractérisé en ce qu'il comprend û des moyens (CC1, CC2, CC3) de mise en court-circuit des moyens générateurs (12), et ûdes moyens (26) de commutation des moyens générateurs (12) entre û une première configuration assurant l'alimentation du circuit de charge (14), et û une seconde configuration assurant à la fois l'isolement des moyens générateurs (12) par rapport à ce circuit de charge (14) et l'activation des moyens (CC1, CC2, CC3) de mise en court-circuit des moyens générateurs (12). 10. Dispositif selon la revendication 9, comprenant un boitier (23) dans lequel sont logés: û les moyens (24) de raccordement électrique en série de deux modules 30 photovoltaïques (16), û les moyens (CC1, CC2, CC3) de mise en court-circuit des moyens générateurs (12), et û les moyens (26) de commutation des moyens générateurs (12).