Brevet FR2971368A1 — publié le 20120810

Dispositif de contrôle de cellules solaires La présente invention a pour objet un dispositif de contrôle de cellules solaires pour permettre la maintenance de panneaux solaires électriques équipés desdites cellules solaires. Le domaine technique est en effet la construction et l'entretien de panneaux solaires électriques, constitués de cellules solaires de type voltaïque protégées par des éléments transparents recouvrant plusieurs cellules. En effet, depuis de nombreuses années, et le phénomène s'est accéléré récemment, des particuliers et des entreprises ont recouvert une partie au moins du toit de leur habitation ou de leur bâtiment, ou sur toute structure porteuse, de tels panneaux solaires, disposés sur de grandes surfaces afin de produire de l'électricité, soit utilisée pour leur propre usage, soit pour la revente de cette électricité à la société responsable de la production et/ou de la distribution de l'électricité à l'ensemble du territoire ; des incitations financières et le développement des énergies renouvelables ont incité le développement de tels équipements dont la quantité de kilowattheures, installée et produite, dépend d'un calcul théorique d'ensoleillement et de l'orientation des panneaux considérés. Cependant, comme certains panneaux ont à présent plusieurs années de fonctionnement, deux phénomènes nouveaux apparaissent et affectent leurs efficacité et rendement, réduisant la quantité de kilowattheures produite : 2 2971368 - le premier phénomène est le vieillissement des cellules silicium proprement dites contre lequel on ne peut pas faire grand-chose, si ce n'est bien sûr de les changer, mais encore faut-il pouvoir d'une part décider 5 de la date optimum de changement de telles cellules avant que leur baisse de rendement affecte trop leur rentabilité et d'autre part vérifier que cette baisse de rendement ne viendrait pas du deuxième phénomène ci-après, 10 - ce deuxième phénomène est en effet l'opacification progressive par salissure de la surface transparente de protection des cellules solaires, qu'il suffit alors de nettoyer, mais encore faut-il également en ce cas déterminer la bonne fréquence d'interventions 15 et vérifier si la baisse de rendement pouvant être constatée ne viendrait pas simplement d'un mauvais ensoleillement. Le problème posé est donc de pouvoir contrôler à tout moment et de préférence à distance, au moins 20 l'opacification éventuelle de la surface transparente des panneaux de cellules solaires, et même de pouvoir contrôler non seulement cette opacification mais également le vieillissement des cellules elles-mêmes et ainsi de pouvoir organiser la maintenance des panneaux 25 solaires pour une meilleure efficacité et rendement électrique de ceux-ci. Une solution au problème posé est un dispositif de contrôle au moins de l'opacification de l'élément transparent de protection de cellules solaires et tel 30 qu'il comporte : - au moins un cache mobile situé au dessus de l'élément transparent et recouvrant en position fermé au 3 moins une cellule solaire de référence et l'isolant, dans cette position, du rayonnement solaire, - au moins un moyen de déplacement dudit cache apte à écarter celui-ci du dessus de ladite cellule solaire de référence et tel que, dans cette position ouverte, celle-ci reçoive le rayonnement solaire, - un système de relevé de mesure du courant produit par au moins ladite cellule solaire de référence en position ouverte du cache, et de comparaison entre au moins cette mesure, et une autre mesure dite de contrôle. Pour mesurer non seulement l'opacification de l'élément transparent mais également le vieillissement des cellules solaires, le dispositif suivant l'invention comporte au moins une deuxième cellule solaire dite de contrôle, ayant les mêmes caractéristiques que celles de la cellule solaire dite de référence, protégée par un élément transparent et recevant en permanence le rayonnement solaire, la mesure du courant produit par cette deuxième cellule étant la dite mesure de contrôle ; dans un mode préférentiel de réalisation les deux au moins cellules solaires ci-dessus sont protégées par le même élément transparent. Pour contrôler seulement l'opacification de l'élément transparent, la cellule solaire de référence est elle-même mobile par un deuxième moyen de déplacement apte à l'amener sous une partie de l'élément transparent non protégé par le cache en position fermée. Avec de tels dispositifs, suivant ce deuxième mode de réalisation on effectue la mesure du courant produit par une seule cellule mais positionnée en deux points différents sous l'élément transparent, un point, donnant la mesure dite de contrôle, sous une partie de l'élément transparent exposée en permanence au rayonnement solaire, et l'autre dite de référence, sous une partie ayant été recouverte par le cache : la différence des deux mesures effectuées sur la même cellule donnera donc la perte d'efficacité due à la seule opacité de l'élément transparent, tel que décrit ci-après avec l'illustration des figures. Dans le premier mode de réalisation, les deux dites mesures se font sur deux cellules distinctes mais de même caractéristiques, l'une dite de contrôle étant exposée en permanence au rayonnement solaire comme l'élément transparent qui la protège, et l'autre dite de référence isolée de celui-ci par le cache comme l'élément transparent qui la protège également : ce type de dispositif permet par comparaison entre les mesures de courants produits par les deux cellules exposées en même temps au rayonnement solaire de mesurer à la fois l'opacité de l'élément transparent et le vieillissement de la cellule qui ont été exposés en permanence au rayonnement solaire ; la description ci-après en donne plus d'explications. Le système de relevé de mesure de courant produit par la ou les cellules solaires est de préférence situé dans un coffret électronique indépendant du boîtier portant lesdites cellules, le cache mobile et son moyen de déplacement, lequel boîtier étant évidemment destiné à être placé à l'extérieur, alors que le coffret électronique peut être placé à l'intérieur du bâtiment recevant l'ensemble des panneaux de cellules solaires que l'on veut contrôler ; ce coffret électronique est relié au boîtier contenant les cellules solaires et comporte de préférence une connexion de liaison et de transfert d'informations vers tout moyen de communication tel que par ligne téléphonique pour permettre un contrôle à distance par toute société de maintenance qui peut alors décider d'intervenir suivant la dégradation des mesures d'un contrôle qu'elle reçoit. Le résultat est de nouveaux dispositifs et procédés de contrôle de panneaux de cellules solaires pour en organiser la maintenance afin d'assurer la meilleure efficacité et le meilleur rendement en incorporant, au moins à côté ou dans un panneau solaire disposé sur le site de production électrique, un dispositif tel que suivant l'invention et relié comme indiqué ci-dessus, par tout système de transmission d'informations, à une société de maintenance, et/ou pour des personnes qui veulent contrôler elles-mêmes sur place, comprenant un affichage et une commande locale. Les avantages de la présente invention tels qu'évoqués ci-dessus en prouvent l'intérêt, et la description ci-après et les figures ci-jointes en donnent des exemples de réalisation. D'autres modes de réalisation sont cependant possibles dans le cadre de la portée de la présente invention. La figure 1 est un schéma d'un dispositif de contrôle à la fois de l'opacification de l'élément transparent et du vieillissement de cellule solaire suivant un premier mode de réalisation Les figures 2 représentent les différentes séquences du procédé de contrôle avec le dispositif de la figure 1. Les figures 3 et 4 représentent un schéma d'un dispositif ainsi que les différentes séquences du procédé de contrôle suivant ce dispositif qui est, comme pour la figure 1, à la fois de l'opacification de l'élément transparent et du vieillissement de cellule solaire mais suivant un deuxième mode de réalisation. La figure 5 est un schéma d'un dispositif de 5 contrôle de la seule opacification de l'élément transparent de protection de cellules solaires Les figures 6 représentent les différentes étapes du procédé suivant l'invention pour le contrôle de la seule opacification de l'élément transparent suivant le 10 dispositif de la figure 5. Tous les dispositifs de contrôle suivant l'invention sont destinés à être positionnés au dessus d'un toit 7 de maison, ou d'un bâtiment ou sur tout autre surface, sur laquelle sont disposés des panneaux solaires 15 comportant des cellules photovoltaïques de production électrique telles que celles que l'on veut contrôler. Pour cela tous les dispositifs, suivant l'invention, comportent : - au moins un cache mobile 2 situé au dessus de 20 l'élément transparent 4 qui protège, comme dans tout panneau de cellules solaires que l'on veut contrôler, au moins une cellule solaire 11 de référence ; lequel cache mobile 2 recouvre en position fermée cette cellule et l'isole dans cette position du rayonnement solaire 3 25 auquel est exposé l'élément transparent 4 et la cellule solaire 11 de référence, dans la même configuration que les panneaux solaires dont on veut assurer la maintenance. - au moins un moyen de déplacement 61 du dit cache 30 2 apte à écarter celui-ci du dessus de ladite cellule 11 solaire de référence et tel que dans cette position ouverte celle-ci reçoive le rayonnement solaire 3. 7 2971368 - un système 5 de relevé de mesure du courant électrique produit par au moins ladite cellule solaire 11 de référence en position ouverte du cache 2 et de comparaison entre au moins cette mesure dite de référence et une autre mesure dite de contrôle. Ce système 5 de relevé de mesure est situé dans un coffret électronique 11 indépendant du boîtier 15 portant l'élément transparent 4, au moins la cellule solaire 11 de référence qu'il protège, le cache 2 et son moyen de déplacement 6 ; lequel coffret électronique 11 est de préférence situé dans le bâtiment portant le toit 7 et est relié à travers celui-ci au boîtier 15 situé au dessus. Ce coffret électronique comprend, d'une manière que tout homme du métier peut concevoir sans qu'il soit nécessaire d'en d'écrire le détail et le fonctionnement, une carte micro-contrôleur 9 avec un ampli différentiel et un affichage 10 comparatif de mesures ainsi que toute commande de puissance des moteurs des moyens de déplacement 6 par toute liaison électrique 81. Une liaison électrique 82 avec le boîtier 15 assure la transmission du courant électrique produit par les cellules solaires 1 et que l'on veut mesurer, lequel courant électrique peut permettre suivant le cas l'alimentation du coffret électronique 11 qui est également alimenté par une alimentation externe 17 sur le secteur. Celui-ci est également relié par une liaison 12 de transfert d'informations vers tout moyen de communication externe tel qu'une ligne téléphonique. Suivant le mode de réalisation des figures 1 à 4, le dispositif de contrôle comporte au moins une deuxième cellule solaire 12 dit de contrôle, qui a les même caractéristiques que celles de la cellule 11 solaire dite 8 2971368 de référence, qui est protégée par un élément transparent 42 qui a aussi les mêmes caractéristiques que celui 41 protégeant la cellule solaire de référence 11, et qui reçoit en permanence, quand les conditions climatiques et 5 d'horaires le permettent, le rayonnement solaire 3. De préférence et comme représenté sur les figures jointes les deux cellules solaires 1 sont protégées par le même élément transparent 4 et situées dans le même boîtier 15 mais dans d'autres modes de réalisation la cellule 10 solaire 12 dite de contrôle pourrait être séparée et être par exemple une cellule d'un panneau solaire standard dont on veux assurer justement la maintenance, la mesure du courant produit par cette deuxième cellule 12 de contrôle devant être en effet comme indiqué ci-dessus 15 celui d'une cellule apte à recevoir en permanence le rayonnement solaire. Quelque soit donc la cellule solaire de contrôle utilisée, il peut être mesuré la différence d'intensité du courant produit par celle-ci avec celle du courant de la cellule dite de référence qui a été 20 protégée par le cache 2, qui n'a donc pas vieilli et dont l'élément transparent 4 qui la protège n'a pas été non plus opacifié. Les différentes étapes de cette mesure sont 25 représentées schématiquement pour un premier mode de réalisation sur les figures 2 : - la figure 2A représente une vue du dessus du boîtier 15 de la figure 1 en position de repos avant toute mesure, le cache mobile 2 étant en position fermée 30 au dessus de la cellule 11 de référence et de la partie 41 de l'élément transparent 4 qui la protège et qui est en général une surface en verre. La partie 42 de 9 2971368 l'élément transparent qui protège la cellule 12 de contrôle est ainsi toujours exposée aux intempéries, et la partie 41 qui protège la cellule 11 de référence est recouverte en permanence par le cache 2 sauf pendant le 5 mouvement de celui-ci tel que décrit ci-après. - suivant la figure 2B, on écarte ledit cache 2 par tout moyen de déplacement en translation 6 afin de rendre visible la cellule 11 qui est alors insolée par la lumière. 10 - suivant la figure 2C cette cellule 11 est entièrement dégagée et la lumière du rayonnement solaire peut alors l'insoler au même titre que la cellule 12 de contrôle et on effectue à ce moment-là une mesure des deux intensités de courant produit par ces deux cellules 15 stimulées par le rayonnement solaire qu'elles reçoivent et dont on peut mesurer la différence de valeur : l'importance de cette différence donne l'importance, et un étalonnage préalable peut permette d'en évaluer le degré, à la fois de l'opacification de la partie 42 de 20 l'élément transparent 4 recouvrant la cellule 12 et le vieillissement de celle-ci, et suivant la perte d'efficacité ainsi mesurée, il peut être décider de déclencher une intervention de maintenance. Par une opération symétrique de remise en place du 25 cache par le moyen d'entraînement 6 tel que suivant la figure 2B mais en sens inverse, on retourne à la position initiale de la figure 2A. Dans ce mode de réalisation le cache 2 est donc mobile en translation dans l'axe défini XX' par les deux 30 au moins cellules solaires 11 ; 12 et son moyen de déplacement 61 est disposé latéralement par rapport aux cellules 1. 10 2971368 Suivant le mode de réalisation de la figure 3 qui permet également comme dans les figures précédentes le contrôle à la fois de l'opacification de l'élément transparent 4 et du vieillissement des cellules solaires 5 1, le cache 2 est un disque recouvrant la totalité de l'élément transparent 4, qui protège les au moins deux cellules 1, et qui tourne dans un boîtier enfermant ces cellules et l'élément transparent 4, et dont il constitue une sorte de couvercle dont la périphérie est disposée 10 sous un rebord 13 périphérique du boîtier 15 assurant ainsi une certaine étanchéité. Dans ce mode de réalisation le cache 2 comporte au moins deux ouvertures 14 correspondant aux dimensions en vue du dessus, soit ici de forme circulaire, et à la 15 l'emplacement des au moins deux cellules 1 et il est mobile en rotation autour d'un axe 16 entraîné par un moteur 62 situé en ce cas sous les cellules 1. La rotation de ce cache 2 ou masque est représenté sur la figure 4 entre deux positions fixes, la première A 20 dans laquelle il recouvre la seule cellule dite de référence 11 et positionne l'une des ouvertures 14 au dessus de l'autre cellule 12 et une deuxième position D dans laquelle il positionne les deux ouvertures 14 chacune au dessus d'une cellule 1. 25 Ainsi en passant de la position A à la position D suivant les positions intermédiaires tel que représentées sur la figure 4 en B et C, on obtient les mêmes étapes de procédé de mesure que sur les figures 2A et 2C puis une fois la mesure effectuée comme décrit précédemment, on 30 tourne le cache 2 en sens inverse suivant les positions intermédiaires E et F jusqu'à la position initiale A dans laquelle la cellule solaire 12 dite de contrôle peut 11 2971368 recevoir le rayonnement solaire 3 alors que l'autre cellule dite de référence 12 en est protégée par le cache 2. Dans un autre mode de réalisation représenté sur 5 les figures 5 et suivant lequel le dispositif et le procédé de contrôle permet de ne mesurer que l'opacification de l'élément transparent 4, la cellule solaire 11 de référence est elle-même mobile par un deuxième moyen de déplacement 62 apte l'amener sous une 10 partie 42 de l'élément transparent 4 non protégée par le cache 2 en position fermé ; l'ensemble des autres éléments du dispositif est similaire à celui représenté sur la figure 1 avec donc comme différence principale que dans le mode de réalisation de la figure 1 il y avait 15 deux cellules solaires fixes et un seul moyen de déplacement du cache 2 alors que dans le mode de réalisation de cette figure 5 il n'y a qu'une seule cellule solaire 1 mais deux moyens de déplacement 61 et 62 pilotés tous deux par le même coffret électronique 11. 20 La figure 6C montre la cellule 11 complètement dégagée sous la partie de l'élément transparent 41 qui était protégé par le cache 2 et qui est également dégagé. Une mesure est effectuée à ce moment par le calculateur 9. 25 La cellule 11 est alors déplacée (figure 6D) pour arriver en position de la figure 6E où la cellule 11 est maintenant sous la partie de l'élément transparent 42 qui est toujours exposé aux intempéries. Une nouvelle mesure est faite à ce moment par le 30 calculateur 9 qui effectue une comparaison entre l'intensité lumineuse reçue lors la position de la figure 6C et la mesure faite dans la position 6E. 12 2971368 Une fois la mesure faire le système revient dans la position de la figure 6A. L'affichage comparatif 10 est en ce cas celui des deux mesures faites dans les deux positions de la même cellule 1 avec certes un léger décalage dans le temps du fait du changement de position de cette cellule entre les deux mesures alors que dans les modes de réalisations précédents les mesures pouvant être faites en même temps la comparaison est instantanée. 13 REVENDICATIONS1. Dispositif de contrôle au moins de l'opacification de l'élément transparent (4) de 5 protection de cellules solaires (1), caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un cache mobile (2) situé au-dessus de l'élément transparent (4) et recouvrant en position fermée au moins une cellule solaire (11) de référence, et 10 l'isolant, dans cette position, du rayonnement solaire (3), - au moins un moyen de déplacement (61) dudit cache (2) apte à écarter celui-ci du dessus de ladite cellule (11) solaire de référence et tel que, dans cette position 15 ouverte, celle-ci reçoive le rayonnement solaire (3), - un système (5) de relevé de mesure du courant produit par au moins ladite cellule solaire (11) de référence en position ouverte du cache (2) et de comparaison entre au moins cette mesure dite de référence 20 et une autre mesure dite de contrôle. 2. Dispositif de contrôle de l'opacification de l'élément transparent (4) et du vieillissement des cellules solaires (1) suivant la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une deuxième cellule solaire (12) dite de contrôle, ayant les mêmes caractéristiques que celles de la cellule dite de référence (11), protégée par un élément transparent (4z) et recevant en permanence le rayonnement solaire (3), la 30 mesure du courant produit par cette deuxième cellule (12) étant ladite autre mesure de contrôle. 14 2971368 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les deux au moins cellules solaires (1) sont protégées par le même élément transparent (4). 4. Dispositif de contrôle suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le cache (2) est mobile en translation dans l'axe défini par les deux au moins cellules solaires (11, 12). 5. Dispositif de contrôle suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le cache (2) comporte au moins deux ouvertures (14) correspondant aux dimensions en vue de dessus et à l'emplacement des au moins deux cellules (1) et est mobile en rotation entre une première position dans laquelle il recouvre la seule cellule dite de référence (11) et positionne l'une des ouvertures (14) au-dessus de l'autre cellule dite de contrôle (12), et au moins une deuxième position dans laquelle il positionne les deux ouvertures (14) chacune au-dessus d'une cellule (1). 6. Dispositif de contrôle suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le cache (2) est un disque recouvrant la totalité de l'élément transparent (4) qui protège les au moins deux cellules (1) et qui tourne dans un boîtier enfermant ces cellules (1) et l'élément transparent (4) et dont il constitue le couvercle. 7. Dispositif de contrôle de l'opacification de l'élément transparent (4) de cellules solaires (1) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 2971368 cellule solaire (11) de référence est elle-même mobile par un deuxième moyen de déplacement (62) apte à l'amener sous une partie de l'élément transparent (42) non protégé par le cache (2) en position fermée. 5 8. Dispositif de contrôle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système (5) de relevé de mesure est situé dans un coffret électronique (11) indépendant et relié aux cellules 10 solaires (1) et aux moyens de déplacement (6). 9. Dispositif de contrôle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une connexion (12) de liaison et de transfert 15 d'informations vers tout moyen de communication.