Brevet FR2977979A1 — publié le 20130118

Dispositif et procédé de mesure de paramètres relatifs à un générateur photovoltaïque Domaine technique et état de l'art La présente invention se rapporte au domaine de la mesure de la production d'électricité photovoltaïque. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de mesure de paramètres relatifs à un générateur photovoltaïque. L'invention trouve une application avantageuse dans la surveillance du bon fonctionnement d'un générateur photovoltaïque. Un générateur photovoltaïque est constitué généralement de plusieurs panneaux photovoltaïques. La puissance électrique fournie par un générateur photovoltaïque varie en fonction de la radiation solaire et de la température en fonctionnement des panneaux photovoltaïques. La puissance d'un panneau photovoltaïque baisse suivant l'élévation de température avec une chute moyenne d'environ 0,5% de puissance par degré Celsius. Les conditions de vie et d'ancienneté des panneaux photovoltaïques baissent aussi la puissance d'environ 1% par an. Les constructeurs de panneaux photovoltaïques donnent les caractéristiques de puissance dans des conditions optimum appelées STC (Standard Test Conditions) : conditions normalisées de test des panneaux photovoltaïques. Certains appareils permettent de contrôler des générateurs photovoltaïques en conditions réelles d'utilisation. Le document EP 2 019 433 propose un appareil permettant des mesures de caractéristiques d'un générateur photovoltaïque. L'inconvénient de cette solution est la lenteur de l'acquisition de la mesure. Ainsi, cette solution n'est pas assez rapide pour s'affranchir des conditions de température et de radiation de l'environnement de l'installation pour fournir des mesures fiables et comparer les mesures obtenues avec les données théoriques du générateur photovoltaïque. De plus, cette solution a une portabilité limitée liée au poids de ces composants. Le but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un nouveau dispositif de mesure en conditions réelle d'un générateur photovoltaïque tout en s'affranchissant des conditions de l'environnement. Description de l'invention L'invention propose un nouveau dispositif de mesure de paramètres relatifs à un générateur photovoltaïque, comprenant : 2 une charge dont une impédance varie en fonction d'un signal de commande, la charge étant reliée à des bornes du générateur photovoltaïque, un moyen de détermination de caractéristique, adapté pour réaliser une pluralité de mesures de courant et de tension aux bornes de la charge pour une pluralité de valeurs 5 de l'impédance de la charge pendant un temps de mesure maximal. Ledit dispositif de mesure est caractérisé en ce qu'il comprend également un moyen pour varier le signal de commande de la charge d'impédance variable pendant le temps de mesure maximal, et en ce que le temps de mesure maximal est inférieur à 1 s et de préférence inférieur à 10 ms. La mesure effectuée dans le temps de mesure maximale très court permet de s'affranchir des 10 conditions de l'environnement. En effet, on peut considérer qu'en 1 seconde les conditions de l'environnement ne varient pas. La mesure est effectuée quelle que soit la charge ou la puissance dissipable. Le dispositif de mesure permet également la prise d'une pluralité de mesures pendant 10 ms. De cette manière, on garantit que les conditions de l'environnement ne varient pas pendant toute la durée de la mesure de caractéristique de sorte à assurer des mesures précises du générateur 15 photovoltaïque. Un autre avantage de la rapidité de prise de mesure est que les composants ne surchauffent pas. De cette manière, le dispositif de mesure n'a pas besoin d'intégrer un moyen de refroidir les composants. Le dispositif de mesure est moins encombrant, plus léger et plus facile à transporter d'un générateur photovoltaïque à un autre. 20 Le dispositif de mesure comprend également un moyen pour déterminer le temps de mesure maximal acceptable par la charge en fonction d'une puissance maximale admissible par la charge et/ou d'une puissance fournie par le générateur photovoltaïque à la charge. Ainsi, en l'absence d'information sur la puissance du générateur photovoltaïque la valeur du temps de mesure maximal est fonction de la puissance maximale admissible par la charge. 25 La charge est un transistor, ou une pluralité de transistors associés en parallèle, une impédance drain-source du transistor ou de chaque transistor de la série de transistors étant fonction du signal de commande appliqué sur une grille de commande du ou des transistors. De cette façon, le transistor est commandable et permet de faire varier la charge. Dispositif de mesure comprenant également un moyen de commande pour fournir le signal de 30 commande de la charge pendant le temps de mesure maximal, ledit signal de commande étant un signal variant continument pendant le temps de mesure entre une valeur minimale et une valeur maximale, le signal étant de préférence triangulaire et symétrique. De cette façon, on évite des 29/7Y/Y 3 effets de transitions du signal appliqué à la charge trop rapides, le signal est commandé en montée et en descente. Le signal généré est de type triangle pour pouvoir créer une charge variable d'une valeur proche de l'infini à zéro pendant un temps de quelques millisecondes. 5 Le dispositif de mesure comprend également un moyen pour mesurer des conditions d'un environnement du générateur photovoltaïque, ledit moyen de mesure comprenant au moins un moyen pour mesurer une radiation. La mesure de la radiation donne à un instant les conditions lumineuses autour du générateur photovoltaïque. Le moyen pour mesurer des conditions d'un environnement est relié au dispositif 10 de mesure de paramètres par liaison radio. De cette façon, le moyen pour mesurer les conditions de l'environnement est plus facile à manipuler et à mettre en position sur le site à proximité des panneaux photovoltaïques. Le moyen de mesure des conditions de l'environnement peut également mesurer une température. Selon une caractéristique avantageuse, le dispositif de mesure comprend un moyen de 15 traitement des caractéristiques mesurées à partir de la pluralité de mesures de courant et de tension. De cette façon, le dispositif de mesure traite les mesures pour effectuer des calculs comme par exemple des moyennes des mesures de courant et de la tension du générateur photovoltaïque. Selon une autre caractéristique avantageuse, le dispositif de mesure comprend un moyen de comparaison des caractéristiques mesurées avec des caractéristiques de référence, et/ou un moyen 20 de détection d'irrégularité des caractéristiques mesurées. Le dispositif de mesure permet de vérifier l'état de fonctionnement du générateur photovoltaïque. En effet, s'il existe un écart entre des caractéristiques mesurées et des caractéristiques de référence, le fonctionnement du générateur photovoltaïque est défectueux. Egalement, si les caractéristiques mesurées présentent une variation brutale de l'intensité en 25 fonction de la tension, alors le générateur photovoltaïque est défectueux. L'invention concerne également un procédé de mesure de paramètres relatifs à un générateur photovoltaïque, comprenant les étapes successives suivantes : (a) mise en position d'une charge à des bornes du générateur photovoltaïque, ladite charge ayant une impédance variable en fonction d'un signal de commande, 297/979 4 - (b) détermination d'une première caractéristique en réalisant une pluralité de mesures de courant et de tension aux bornes de la charge pour une pluralité de valeurs de l'impédance de la charge pendant un temps de mesure maximal. Le procédé est caractérisé en ce que, lors de l'étape (b) de mesure de caractéristique, le signal de 5 commande de la charge est varié pendant le temps de mesure maximal, et en ce que le temps de mesure maximal est inférieur à 1 s et de préférence inférieur à 10 ms. L'avantage est de mesurer dans le temps de mesure maximal très court une première caractéristique du générateur photovoltaïque. Ce temps de mesures maximal très court permet de s'affranchir des conditions de l'environnement. 10 Selon une variante, le procédé comprend une étape (c) réalisée entre l'étape (a) et l'étape (b) : (c) détermination du temps de mesure maximal acceptable par la charge en fonction d'une puissance maximale admissible par la charge et/ou d'une puissance fournie par le générateur photovoltaïque à la charge. Selon une autre variante du procédé dans lequel, à l'étape (b), le signal de commande est un 15 signal variant continument pendant le temps de mesure maximal entre une valeur minimale et une valeur maximale, le signal étant de préférence triangulaire et symétrique. Selon une autre variante, le procédé comprend également une étape (d) préalable à l'étape (a) : (d) mesure de conditions de l'environnement du générateur photovoltaïque, ladite mesure comprenant au moins une mesure d'une radiation. 20 Selon une autre variante, le procédé comprend également les étapes suivantes, réalisées après l'étape (b) : (e) mesure d'au moins la radiation, (f) détermination d'un écart de radiation par soustraction de la radiation mesurée à l'étape (e) à la radiation mesurée à l'étape (d), 25 (g) si l'écart de radiation est supérieur à 2%, l'étape (b) est répétée, sinon (h) si l'écart de radiation est inférieur à 2%, alors une amplitude du signal de commande et/ou le temps de mesure maximal est modifié en fonction de la première caractéristique de l'étape (b) puis l'étape (b) est répétée. De cette façon, le procédé permet d'adapter le dispositif de mesure au générateur photovoltaïque 30 de sorte à affiner la précision des mesures effectuées. Selon une autre variante, le procédé comprend également une étape (i) après l'étape (h) : 5 (i) traitement des caractéristiques à partir de la pluralité de mesures de courant et de tension. Selon une autre variante, le procédé comprend également une étape (j) après l'étape (i) : - (j) comparaison des caractéristiques mesurées avec des caractéristiques de référence, 5 et/ou détection d'irrégularité des caractéristiques mesurées. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La 10 description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente un schéma de principe d'un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 représente un exemple de signal de commande de la charge, la figure 3 représente un schéma d'un deuxième mode de réalisation de l'invention, 15 la figure 4 représente une courbe caractéristique courant-tension du générateur photovoltaïque, la figure 5 représente une courbe caractéristique courant-tension d'un générateur photovoltaïque défectueuse et une courbe de référence d'un générateur photovoltaïque fonctionnant correctement. 20 Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente un schéma de principe du premier mode de réalisation du dispositif de mesure 1 de paramètres relatifs à un générateur photovoltaïque 3. Le dispositif de mesure 1 comprend une charge 2 dont une impédance varie en fonction d'un signal de commande, la charge 25 2 étant reliée aux bornes du générateur photovoltaïque 3. Le dispositif de mesure 1 comprend également un moyen de détermination 4a, non représenté, de caractéristique adapté pour réaliser une pluralité de mesures. Le moyen de détermination 4a est relié à un appareil de mesure de courant 5 et un appareil de mesure de la tension 6. L'appareil de mesure de courant 5 et un appareil de mesure de la tension 6 sont reliés aux bornes de la charge 2 pour permettre de mesurer une 30 pluralité de valeurs de l'impédance de la charge 2 pendant un temps de mesure maximal. 6 La figure 1 montre un moyen 4 comprenant des moyens non représenté dont un moyen de détermination 4a, un moyen pour varier le signal de commande 4b, un moyen pour déterminer le temps de mesure maximal 4c, un moyen de commande 4d, un moyen de traitement 4e, un moyen de comparaison 4f et un moyen de détection d'irrégularité 4g. 5 Le dispositif de mesure 1 comprend un moyen pour varier le signal de commande 4b de la charge 2 pendant le temps de mesure maximal, le temps de mesure maximal est inférieur à 1 s et de préférence inférieur à 10 ms. La valeur de 1 s est adaptée pour qu'un changement lumineux ne fausse pas la mesure. La valeur de 10ms garantit qu'il n'y pas de changement dans les conditions d'environnement du générateur photovoltaïque 3. 10 Le dispositif de mesure 1 comprend également un moyen pour déterminer le temps de mesure maximal 4c acceptable par la charge 2 en fonction d'une puissance maximale admissible par la charge 2 et/ou d'une puissance fournie par le générateur photovoltaïque 3 à la charge 2. Le temps de mesure maximal comprend un temps de mesure maximal par défaut et un temps de mesure variable. Dans un premier cas, le dispositif de mesure 1 n'a pas encore effectué de mesure de 15 caractéristique du générateur photovoltaïque 3 et le temps de mesure maximal est choisi par défaut en fonction de la puissance admissible par ladite charge 2. Dans un deuxième cas, le dispositif 1 a déjà effectué une mesure de caractéristique du générateur photovoltaïque 3 et le temps de mesure maximal est variable en fonction de la puissance du générateur photovoltaïque 3 déterminée à partir d'une caractéristique précédemment mesurée. De cette façon, les mesures gagnent en précision. 20 Dans le premier mode de réalisation, la charge 2 est un transistor, ou une pluralité de transistors associés en parallèle, une impédance drain-source du transistor ou de chaque transistor de la série de transistors étant fonction du signal de commande appliqué sur une grille de commande du ou des transistors. Par exemple, la charge 2 est constituée de quatre transistors de type MOSFET en régime 25 linéaire. La commande se fait par la tension. Le dispositif de mesure 1 comprend un moyen pour mesurer des conditions d'un environnement 7 du générateur photovoltaïque 3, ledit moyen de mesure comprenant au moins un moyen pour mesurer une radiation. De cette façon, le dispositif de mesure 1 obtient la mesure de l'irradiation du générateur photovoltaïque 3. 30 La mesure des conditions de l'environnement 7 peut également inclure la mesure de la température pour permettre d'identifier la température en condition d'utilisation. -877979_ 7 Par exemple, les valeurs de la température, de la radiation, des mesures du courant et de la tension permettent de calculer les caractéristiques de puissance en conditions STC. En comparant le résultat du calcul des caractéristiques mesurées de puissance en conditions STC avec les caractéristiques de puissance du constructeur, on peut vérifier le bon fonctionnement du générateur photovoltaïque 3. Un moyen 4d de commande fournit le signal de commande de la charge 2 pendant le temps de mesure maximal. La figure 2 représente un exemple de signal de commande, triangulaire et symétrique par rapport à un axe vertical passant par le milieu de l'abscisse entre la valeur minimale et la valeur 10 maximale. Par exemple, le signal de la figure 2 varie entre 4V à 12V et est symétrique par rapport à l'axe passant pas le milieu de l'abscisse de la valeur minimale et maximale. Le temps de mesure maximal dépend de la charge 2 en fonction du générateur photovoltaïque 3. Dans l'exemple suivant la charge 2 est un transistor de type MOSFET. Le temps de mesure maximal est calculé à partir de la courbe de la résistance thermique dynamique du transistor et de 15 sa courbe de zone d'opération à température d'utilisation. Pour une durée d'une milliseconde, la limite de la zone d'opération se situe pour 1000V à 2A soit une puissance de 2000W. Pour avoir une marge de sécurité, on diminue de 20% cette puissance soit 1600W. Par calcul, afin de mesurer une puissance de 6kW, on a 6000/1600 = 3,75 ; donc on doit avoir au minimum quatre transistors. Selon une variante le dispositif de mesure 1 utilise quatre transistors qui sont commandés en 20 tension par un microprocesseur via un montage d'adaptation. Le courant est mesuré au moyen d'un shunt, d'un système d'amplification programmable et d'un convertisseur numérique-analogique. La tension est mesurée par un pont diviseur de tension suivi d'un amplificateur à gain programmable et d'un convertisseur analogique-numérique. La mesure des conditions de l'environnement 7, le signal de commande; la détermination du temps de mesure maximal, la détermination d'une 25 première caractéristique, et d'une deuxième caractéristique sont contrôlés par un microprocesseur. Dans la figure 3, selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif de mesure comprend le moyen de traitement 4e des caractéristiques mesurées à partir de la pluralité de mesures de courant et de tension. Le deuxième mode de réalisation comprend les éléments du premier mode. Le deuxième mode 30 de réalisation permet l'affichage des mesures et le traitement de ces mesures sur l'écran d'affichage 8. Cet écran d'affichage 8 permet de voir les caractéristiques de mesure de courant et de tension, il peut également afficher toutes les autres données telles que la température, la radiation... 2977979- 8 Par exemple, le moyen de traitement 4e peut afficher une courbe des caractéristiques mesurées pendant le temps maximal de 10ms, comme illustré à la figure 4. L'abscisse représente le courant et l'ordonnée représente la tension. Cette illustration des caractéristiques mesurées montrent l'effet d'hystérésis lié à la technologie photovoltaïque. Pour corriger cet effet, on utilise par exemple, le 5 moyen de traitement 4e pour obtenir une pluralité de valeur de moyennes des caractéristiques mesurées de sorte à corriger l'effet d'hystérésis. Ce deuxième mode de réalisation comprend un module de protection 9. Ledit module de protection 9 est positionné entre le générateur photovoltaïque 3 de sorte à protéger le dispositif de mesure du générateur photovoltaïque 3 à mesurer. 10 Le dispositif de mesure comprend également un moyen de comparaison 4f des caractéristiques mesurées avec des caractéristiques de référence. Par exemple, la figure 5 représente des caractéristiques de référence représenté sous forme d'une courbe de référence maximum 1 la et une courbe de référence minimum 1lb. Les caractéristiques mesurées prises pendant le temps maximal de 10ms sont représentées sous forme 15 de la courbe caractéristique 10. Si la courbe caractéristique 10 est entre le minimum de la courbe de référence 11 b et le maximum de la courbe de référence 11 a, alors le fonctionnement de l'installation est normal. Dans une variante, le dispositif de mesure 1 indique, sur l'écran d'affichage 8, une alerte si le fonctionnement est défectueux. Un moyen de détection d'irrégularité 4g permet de vérifier le bon fonctionnement en détectant 20 une irrégularité des caractéristiques mesurées. Par exemple, le moyen de détection d'irrégularité 4g permet de détecter une variation brutale des caractéristiques mesurées. Selon un troisième mode de réalisation non représenté, l'invention propose un procédé de mesure de paramètres relatifs à un générateur photovoltaïque 3, comprenant les étapes successives suivantes : 25 (d) mesure de conditions de l'environnement du générateur photovoltaïque 3, ladite mesure comprenant au moins une mesure d'une radiation, (a) mise en position d'une charge 2 à des bornes du générateur photovoltaïque 3, ladite charge 2 ayant une impédance variable en fonction d'un signal de commande, (c) détermination du temps de mesure maximal acceptable par la charge 2 en fonction 30 d'une puissance maximale admissible par la charge 2 et/ou d'une puissance fournie par le générateur photovoltaïque 3 à la charge 2, 9 - (b) détermination d'une première caractéristique en réalisant une pluralité de mesures de courant et de tension aux bornes de la charge 2 pour une pluralité de valeurs de l'impédance de la charge 2 pendant un temps de mesure maximal. Lors de l'étape (b) de détermination de caractéristique, le signal de commande de la charge 2 est 5 commandée pendant le temps de mesure maximal, et en ce que le temps de mesure maximal est inférieur à 1 s et de préférence inférieur à 10 ms. Selon une variante du troisième mode de réalisation, le procédé comprend également les étapes suivantes, réalisées après l'étape (b) : (e) mesure d'au moins la radiation, 10 - (f) détermination d'un écart de radiation par soustraction de la radiation mesurée à l'étape (e) à la radiation mesurée à l'étape (d), (g) si l'écart de radiation est supérieur à 2%, l'étape (b) est répétée, sinon - (h) si l'écart de radiation est inférieur à 2%, alors une amplitude du signal de commande et/ou le temps de mesure maximal est modifié en fonction de la première 15 caractéristique de l'étape (b) puis l'étape (b) est répétée. (i) traitement des caractéristiques à partir de la pluralité de mesures de courant et de tension, - (j) comparaison des caractéristiques mesurées avec des caractéristiques de référence, et/ou détection d'irrégularité des caractéristiques mesurées. 20 L'étape (e) du procédé peut également mesurer la température de sorte qu'à l'étape (f) du procédé on intègre un écart de température par soustraction de la température mesurée à l'étape (e) à la température mesurée à l'étape (d). De la même manière que la radiation à l'étape (g) et (h) : - (g) si l'écart de la température est supérieure à 2%, l'étape (b) est répétée, - (h) si l'écart de température est inférieur à 2%, alors une amplitude du signal de 25 commande et/ou le temps de mesure maximal est modifié en fonction de la première caractéristique de l'étape (b) puis l'étape (b) est répétée. Dans un premier temps, le procédé analyse les données de la première caractéristique de la charge 2, puis dans un deuxième temps, si la valeur de la radiation et donc de la puissance électrique du générateur photovoltaïque 3 à mesurer n'a pas évoluée au-delà de 2%, le procédé 30 effectue une deuxième caractéristique adaptée à le générateur photovoltaïque 3 pour pouvoir allonger le temps de mesure et gagner en précision. De préférence, la deuxième mesure est effectuée après un temps d'attente de 3 s maximum pour que les composants ne surchauffent pas. 10 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. -29-79%9 11 Nomenclature 1 dispositif de mesure 2 charge 5 3 générateur photovoltaïque 4 moyen comprenant 4a à 4g 4a moyen de détermination 4b moyen pour varier le signal de commande 4c moyen pour déterminer le temps de mesure maximal 10 4d moyen de commande 4e moyen de traitement 4f moyen de comparaison 4g moyen de détection d'irrégularité 5 mesure du courant 15 6 mesure de la tension 7 mesure des conditions d'un environnement 8 écran d'affichage 9 module de protection 10 courbe caractéristique 20 11 a maximum de la courbe de référence 1 lb minimum de la courbe de référence