Brevet FR2959063A1 — publié le 20111021

GENERATEUR D'ELECTRICITE PHOTOVOLTAÏQUE INCLUANT UNE PROTECTION CONTRE L'ELECTROCUTION L'invention concerne les générateurs d'électricité photovoltaïques, et en 5 particulier de tels générateurs incluant des panneaux photovoltaïques en série accouplés à un réseau électrique. De façon générale, les générateurs d'électricité photovoltaïque installés dans un cadre domestique et professionnel présentent plusieurs panneaux photovoltaïques connectés en série. De tels panneaux photovoltaïques sont le 10 plus souvent disposés sur la toiture d'un bâtiment et génèrent un courant restitué au réseau électrique. Les panneaux photovoltaïques sont accouplés au réseau électrique du bâtiment par l'intermédiaire d'un onduleur transformant le courant continu généré par les panneaux en courant alternatif restitué sur le réseau électrique. En connectant des panneaux photovoltaïques en série, on 15 génère une tension continue d'un niveau suffisamment élevé pour permettre une conversion optimale par l'onduleur. On peut connecter en parallèle sur l'onduleur plusieurs branches comprenant chacune plusieurs panneaux photovoltaïques connectés en série. Avec la nécessité d'accroître la production d'énergies renouvelables, la 20 puissance des installations photovoltaïques mises en place est sans cesse croissante. Les niveaux de tension et de courant générés peuvent donc être relativement élevés. Lors d'opérations de maintenance sur le réseau ou lors d'interventions de sécurité dans le bâtiment, l'alimentation électrique du réseau électrique du 25 bâtiment est généralement réalisée par commutation d'un disjoncteur sur le boîtier électrique général. Par ailleurs, l'onduleur étant généralement alimenté par le réseau électrique, son fonctionnement est automatiquement interrompu lors de la commutation du disjoncteur. Ainsi, même si les panneaux photovoltaïques continuent à être illuminés, la restitution de courant sur le 30 réseau électrique est interrompue. Ainsi, aucune électrocution n'est à craindre sur le réseau électrique entre le boîtier général et l'onduleur. Cependant, lors d'une intervention à proximité d'une installation photovoltaïque, il reste un risque que de l'eau, par exemple projetée par des équipes de pompiers lors d'un incendie, puisse conduire l'électricité depuis les 35 panneaux photovoltaïques jusqu'à une équipe d'intervention ou de maintenance. Si les panneaux photovoltaïques sont illuminés au moment de l'intervention, ceux-ci peuvent continuer à générer une tension pouvant atteindre plusieurs dizaines où plusieurs centaines de volts. Il s'ensuit alors un risque d'électrocution pour les personnes situées à proximité. 40 L'invention vise à résoudre cet inconvénient. L'invention porte ainsi sur un générateur d'électricité photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend : - des modules photovoltaïques connectés en série et raccordés par l'intermédiaire d'un onduleur à un réseau électrique ; - au moins un interrupteur commandé connecté en série entre deux desdits modules photovoltaïques ; -un module de commande connecté électriquement au réseau électrique et commandant l'ouverture de l'interrupteur lorsque ce module n'est plus alimenté par le réseau électrique. Selon une variante, l'interrupteur commandé est un relais statique. Selon encore une variante, la différence de potentiel générée par chaque module photovoltaïque lors de son illumination est inférieure à 50 V. Selon une autre variante, le générateur comprend au moins deux interrupteurs commandés entre lesquels un module photovoltaïque est connecté, la différence de potentiel générée entre ces deux interrupteurs étant inférieure à 50 V lors de l'illumination de ce module photovoltaïque. Selon encore une autre variante, le module de commande comprend un module d'alimentation connecté à un câble comprenant deux fils d'alimentation entre lesquels lesdits interrupteurs commandés sont connectés en parallèle, lesdits interrupteurs commandés ouvrant la connexion électrique entre les modules photovoltaïques connectés en l'absence d'alimentation sur les fils d'alimentation. Selon une variante, le générateur comprend un bouton d'arrêt d'urgence dont l'actionnement interrompt l'alimentation sur les fils d'alimentation. Selon une autre variante, le module d'alimentation électrique est un transformateur continu/alternatif connecté audit réseau électrique. Selon encore une variante, ledit transformateur est un onduleur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un générateur d'électricité photovoltaïque selon un mode de réalisation de l'invention, accouplé à un réseau électrique ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un relais statique utilisé dans une variante de générateurs d'électricité selon l'invention. La figure 1 est une représentation schématique d'un générateur d'électricité photovoltaïque 1. Le générateur 1 comprend des modules photovoltaïques 21 à 25 connectés en série. Les modules photovoltaïques 21 à 25 génèrent un courant et une tension continus lors de leur ensoleillement. Les modules photovoltaïques 21 à 25 sont connectés à une entrée de tension continue d'un onduleur 4. Une sortie de tension alternative de l'onduleur 4 est connectée à un réseau électrique 5, par exemple un réseau électrique domestique du bâtiment auquel les modules photovoltaïques 21 à 25 sont accolés. L'onduleur 4 réalise de façon connue en soi une conversion continue/alternatif et une transformation du niveau de tension généré par les modules photovoltaïques vers un niveau de tension compatible avec le réseau 5. Le réseau électrique 5 comprend son propre boîtier de protection électrique incluant un disjoncteur général, de façon connue en soi. L'onduleur 4 peut également comprendre un interrupteur permettant son isolation du réseau électrique 5. Chaque module photovoltaïque génère une tension maximale inférieure à 50 V courant continu, de préférence inférieure 45 V courant continu lors de son ensoleillement. De tels niveaux de tension ne peuvent pas induire d'électrocution grave. L'association en série de plusieurs modules photovoltaïques permet de générer une tension de plusieurs centaines de volts, pouvant s'avérer appropriée pour sa conversion en tension alternative et la restitution du courant électrique généré sur le réseau électrique 5. Le générateur 1 comprend également des interrupteurs commandés 31 à 34 connectés en série entre les modules photovoltaïques 21 à 25. L'interrupteur 31 est ainsi connecté entre les modules 21 et 22, l'interrupteur 32 est connecté entre les modules 22 et 23, l'interrupteur 33 est connecté entre les modules 23 et 24, et l'interrupteur 34 est connecté entre les modules 24 et 25. La fermeture ou l'ouverture des interrupteurs 31 à 34 est gérée par un module de commande 6. Le module de commande 6 est typiquement alimenté par le réseau électrique 5. Les interrupteurs 31 à 34 sont du type normalement ouvert, de sorte que l'absence d'alimentation du module de commande 6 par le réseau électrique 5 induit l'absence d'application d'un signal de commande sur les interrupteurs 31 à 34, et ainsi l'ouverture de ces interrupteurs. Ainsi, lors d'une opération de maintenance sur le réseau électrique 5 ou lors d'une interruption accidentelle de service du réseau électrique 5, la conduction entre les modules photovoltaïques 21 à 25 est interrompue. Par conséquent, une intervention de maintenance sur le générateur 1 ou une projection d'eau sur les modules photovoltaïques (par exemple pour éteindre un incendie) lorsque ceux-ci sont ensoleillés ne risquent pas d'induire une électrocution des personnes intervenant, seule la tension aux bornes d'un module photovoltaïque pouvant éventuellement être appliquée. Pour des raisons d'économie, plusieurs modules photovoltaïques peuvent être connectés en série sans interrupteur commandé interposé, pourvu que la tension générée en cas d'illumination par ces modules photovoltaïques reste inférieure à 50V courant continu. Les interrupteurs commandés 31 à 34 comprennent avantageusement des relais statiques 30, comme illustré à la figure 2. Le relais statique 30 comprend une borne de connexion d'entrée 35 connectée à deux fils d'alimentation provenant soit du module de commande 6, soit d'un autre relais statique adjacent. Le relais statique 30 comprend une borne de connexion de sortie 36 connectée à deux fils d'alimentation d'un autre relais statique adjacent. Le relais statique 30 connecte électriquement les deux fils connectés à la borne 35 et les deux fils connectés à la borne de sortie 36. Le relais 30 permet ainsi de répercuter un signal de commande jusqu'à un relais adjacent. Le relais statique 30 comprend une borne de connexion d'entrée 37 connectée à une sortie d'un module photovoltaïque, et une borne de connexion de sortie 38 connectée à une entrée d'un autre module photovoltaïque. Le relais statique 30 comprend un interrupteur de puissance reliant sélectivement les bornes de connexion 37 et 38. L'utilisation de relais statiques s'avère particulièrement avantageuse dans le générateur 1, du fait de leur fiabilité, de leur silence de fonctionnement de leur vitesse de commutation et de leur conduction normalement ouverte en l'absence d'alimentation. Ainsi, en l'absence de différence de potentiel entre les fils connectés à la borne de connexion d'entrée 35, le relais statique 30 ouvre l'interrupteur connecté entre les bornes 37 et 38. La conduction entre les modules photovoltaïques connectés aux bornes 37 et 38 est donc interrompue. En l'absence de différence de potentiel entre les fils connectés à la borne de connexion d'entrée 35, un autre relais statique adjacent connecté sur la borne de connexion 36 est également ouvert. En présence d'une différence de potentiel entre les fils connectés à la borne de connexion d'entrée 35, le relais statique 30 ferme l'interrupteur connecté entre les bornes 37 et 38. La conduction entre les modules photovoltaïques connectés aux bornes 37 et 38 est donc établie. En présence d'une différence de potentiel entre les fils connectés à la borne de connexion d'entrée 35, un autre relais statique connecté en série sur la borne de connexion 36 est également fermé. Ainsi, en connectant en parallèle les relais statiques par leurs bornes 35 et 36, du fait de la connexion électrique entre les bornes 35 et 36, un même câblage comportant deux fils d'alimentation partant du module de commande 6 permet de commander l'ensemble de ces relais statiques. Le module de commande 6 illustré comprend un convertisseur continu/alternatif 61. Le convertisseur continu/alternatif 61 est connecté au réseau électrique 5 par l'intermédiaire d'un disjoncteur 63, assurant la protection électrique du boîtier de commande 6. Avantageusement, un bouton d'arrêt d'urgence 62 (par exemple un bouton de type coup de poing) est également interposé entre le convertisseur 61 et le réseau électrique 5. Ainsi, une opération de maintenance peut être réalisée sur le générateur photovoltaïque 1 sans pour autant interrompre le fonctionnement du réseau électrique 5. Un opérateur pourra ainsi simplement actionner le bouton d'arrêt d'urgence 62 pour interrompre l'alimentation du convertisseur 61. En interrompant l'alimentation du convertisseur 61, les interrupteurs commandés 31 à 34 sont ouverts et la conduction électrique entre les modules photovoltaïques 21 à 25 est alors interrompue. En utilisant des interrupteurs commandés 31 à 34 sous forme de relais statiques, l'actionnement du bouton d'arrêt d'urgence 62 induit une différence de potentiel nulle entre les bornes 35 et 36 de tous les relais statiques et ainsi leur ouverture. Le bouton d'arrêt d'urgence 62 peut être positionné en tout emplacement approprié pour présenter un accès aisé. Le bouton d'arrêt d'urgence 62 peut par exemple être déporté dans un emplacement bien visible et accessible. Plusieurs boutons d'arrêt d'urgence pourront également être interposés entre le convertisseur 61 et le réseau électrique, pour permettre l'isolation des modules photovoltaïques depuis différents emplacements du bâtiment où est disposé le générateur 1. Le module de commande 6 est avantageusement logé dans un boîtier étanche pour le protéger contre les projections d'eau ou la poussière. Chaque interrupteur commandé est également avantageusement logé dans un boîtier étanche pour le protéger contre les projections d'eau ou la poussière. Bien que non illustré, le convertisseur 61 présente avantageusement une connexion à la terre. Bien que non illustré, le relais statique 30 présente également avantageusement une connexion à la terre. De même, l'onduleur 4 présente une connexion à la terre non illustrée. Les connecteurs 37 et 38 sont avantageusement des fiches au standard 25 MC4. Le connecteur 37 peut être un connecteur MC4 mâle et le connecteur 38 peut être un connecteur MC4 femelle. Bien que les modules photovoltaïques 21 à 25 illustrés soient séparés les uns des autres par les interrupteurs commandés 31 à 34, on peut également envisager de connecter en série plusieurs modules photovoltaïques en série 30 sans interrupteur intermédiaire, pourvu que la connexion en série de ces modules génère une tension maximale inférieure à 50 V courant continu lors de leur ensoleillement. En présence de plusieurs interrupteurs commandés, la tension générée par les modules photovoltaïques entre deux interrupteurs commandés connectés en série devra ainsi rester inférieure à 50 V courant 35 continu. Bien que l'exemple illustré représente une seule branche de modules photovoltaïques connectés en série, plusieurs branches de même type peuvent bien entendu être connectées en parallèle pour accroître l'intensité générée avec un même niveau de tension. 40 Les modules photovoltaïques peuvent être de tout type, et inclure par exemple des panneaux photovoltaïques, des tuiles photovoltaïques ou des membranes photovoltaïques. Les panneaux photovoltaïques peuvent comprendre du silicium polycristallin, du silicium monocristallin du silicium amorphe ou tout autre complexe photovoltaïque. Les modules photovoltaïques peuvent être disposés à tout endroit approprié, par exemple sur la toiture d'un bâtiment, de façon intégrée ou non. Le générateur 1 selon l'enseignement de l'invention pourra être assemblé intégralement lors d'une nouvelle installation. Le générateur 1 selon l'invention pourra également être monté en rénovation, en installant des interrupteurs commandés et un module de commande sur une installation de génération d'électricité photovoltaïque préexistante. REVENDICATIONS1. Générateur d'électricité photovoltaïque (1), caractérisé en ce qu'il comprend : - des modules photovoltaïques (21-25) connectés en série et raccordés par l'intermédiaire d'un onduleur (4) à un réseau électrique (5) ; - au moins un interrupteur commandé (31-34) connecté en série entre deux desdits modules photovoltaïques ; - un module de commande (6) connecté électriquement au réseau électrique et commandant l'ouverture de l'interrupteur lorsque ce module n'est plus alimenté par le réseau électrique. 2. Générateur d'électricité photovoltaïque selon la revendication 1, dans lequel l'interrupteur commandé est un relais statique (30). 3. Générateur d'électricité photovoltaïque selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la différence de potentiel générée par chaque module photovoltaïque lors de son illumination est inférieure à 50 V. 4. Générateur d'électricité photovoltaïque selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux interrupteurs commandés entre lesquels un module photovoltaïque est connecté, la différence de potentiel générée entre ces deux interrupteurs étant inférieure à 50 V lors de l'illumination de ce module photovoltaïque. 5. Générateur d'électricité photovoltaïque selon les revendications 2 et 4, dans lequel le module de commande comprend un module d'alimentation connecté à un câble comprenant deux fils d'alimentation entre lesquels lesdits interrupteurs commandés sont connectés en parallèle, lesdits interrupteurs commandés ouvrant la connexion électrique entre les modules photovoltaïques connectés en l'absence d'alimentation sur les fils d'alimentation. 6. Générateur d'électricité photovoltaïque selon la revendication 5, comprenant un bouton d'arrêt d'urgence dont l'actionnement interrompt l'alimentation sur les fils d'alimentation. 7. Générateur d'électricité photovoltaïque selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le module d'alimentation électrique est un transformateur continu/alternatif connecté audit réseau électrique. 8. Générateur d'électricité selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit transformateur est un onduleur.40