Brevet FR3034582A1 — publié le 20161007

Procédé et système d'alimentation électrique d'une charge en courant continu à partir d'une source de courant alternatif et d'un générateur solaire La présente invention se rapporte au domaine de l'énergie et plus particulièrement à l'alimentation électrique d'une charge par une source de courant alternatif. 11 est connu un réseau de télécommunication qui nécessite une tension continue, par exemple 48V ou 400V, pour son alimentation électrique. Le courant continu est obtenu à partir d'une source de courant alternatif et de tension alternative appelée couramment secteur. Pour la France, la tension nominale du secteur est de 230V avec comme tolérance +10% et -15% et la fréquence est de 50Hz. La fréquence, la tension nominale et la plage de tension peuvent être différentes selon le pays et le type de réseau. La forme d'onde du courant alternatif est représentée à la figure 1 et sa forme d'onde redressée avec un redressement double alternance est représentée à la figure 2. Cette source de courant redressé a des limites d'amplitude de tension différentes selon les amplitudes de tension basse ou haute du secteur : amplitude basse Vb = 230 (1-il 5%) x 1.414= 276.5V amplitude haute = 230 (1+10 %) x 1.414 =357.7V. Il existe des sources d'énergie alternatives dites « green ou vertes » utilisées plus particulièrement à des fins d'économie de l'énergie d'origine fossile (en particulier nucléaire, charbon, pétrole) dite non renouvelable fournie par le secteur. En particulier, il est connu des panneaux solaires qui délivrent de l'énergie avec une tension et un courant de type continu. Un générateur solaire est constitué de plusieurs panneaux solaires montés tant en série qu'en parallèle en fonction de la , puissance à fournir et des valeurs de tension et de courant à respecter. Pour réguler la puissance fournie par les panneaux solaires, il est généralement utilisé un régulateur solaire spécifique dit MPFT (Maximum Power Point Tracking, soit Suivi du Point de Puissance Maximale). Le branchement des panneaux solaires comme source d'énergie renouvelable et du secteur comme source de courant alternatif est effectué généralement en utilisant un régulateur solaire spécifique MPPT et un redresseur connectés ensemble à une batterie et à une charge. L'utilisation de deux sources d'alimentation, les panneaux solaires comme source de courant continu et le secteur comme source de courant alternatif se heurte parfois à la difficulté de branchement de ces deux sources à une même charge selon un montage à faible coût global que ce soit d'achat et de maintenance. La présente invention propose une architecture à faible coût pour alimenter une charge à partir d'une source de courant alternatif (secteur) et en parallèle à partir d'un générateur solaire 3034582 2 photovoltaïque permettant de réduire la part d'énergie consommée par la charge et fournie par le secteur, la part d'énergie renouvelable augmentant. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé pour alimenter une charge à partir d'une source de courant alternatif ayant une tension redressée de limite basse Vb et à partir d'un générateur solaire 5 photovoltaïque composé de panneaux solaires générant chacun une puissance maximale à une tension continue Vmp, la charge étant branchée en sortie d'un convertisseur de tension pouvant fonctionner avec un courant continu en entrée et acceptant une tension maximale Vh en entrée, comprenant : le couplage des deux sources d'alimentation au moyen d'un dispositif de redressement entre la source de courant alternatif et le convertisseur et d'un dispositif ayant une 10 fonction de diode en série entre le convertisseur et une première branche de N panneaux solaires en série avec N déterminé tel que N>1 et Vb/Vmp 1 et Vb/Vmp 1. L'énergie consommée par la charge correspond à un courant fourni par le générateur de tension la plus élevée, entre le secteur redressé et le générateur solaire. 10 La figure 10 est un schéma de principe d'un exemple d'un système selon l'invention d'alimentation d'une charge à partir du secteur 50Hz tel que fourni par l'opérateur français EdF et à partir d'un générateur solaire photovoltaïque composé de sept panneaux solaires. Le même principe fonctionne sur le secteur d'un autre pays travaillant à fréquence et tension différente. L'exemple illustré par la figure 10 permet de décrire la détermination de N pour une exploitation donnée telle 15 l'alimentation d'un équipement d'un réseau de télécommunication. Le système d'alimentation comprend un convertisseur de tension pouvant fonctionner avec un courant continu en entrée et acceptant une tension maximale Vh en entrée et un dispositif de couplage selon l'invention décrit précédemment. La charge est branchée en sortie du convertisseur. La source de courant alternatif prise pour exemple est le secteur 50Hz 230Vac fourni par 20 l'opérateur français EdF. La tension redressée de limite basse Vb a pour amplitude : 230 (1 - 15%) x x/2 = 276,5V. La tension redressée de limite haute a pour amplitude : 230(1 + 10%) x V2 = 357,7V. Le convertisseur pris pour exemple est un appareil redresseur de marque Emerson de type 3500W, il transforme le 230Vac en 48VDC. Il a une tension d'entrée maximale Vh supérieure à 25 400VDC. La charge est un équipement simulant une consommation de 2700W correspondant à la consommation d'équipements de télécommunication en parallèle avec une batterie de 48V/100Ah au plomb. Les panneaux solaires choisis sont de marque FIRST SOLAR de référence FS377. Ils sont de 30 type couche mince utilisant le CdTe comme semi-conducteur et sont conformes à la norme IEC 61646. Chaque module fourni une puissance crête de 77,5W à une tension continue Vmp de 48,3V et à une température de référence de 25°C. Des panneaux solaires de type cristallin conformes à la norme IEC 61215 peuvent tout aussi bien être utilisés mais les tensions obtenues peuvent être différentes. 3034582 8 La relation Vb/Vmp 1. La source de courant alternatif a une tension redressée de limite basse Vb. Le système d'alimentation comprend un pont de diode DB, une diode Dd et un appareil convertisseur de tension CT 1. Le générateur solaire photovoltaïque génère une puissance maximale à une tension continue déterminée et à une température donnée. Le système d' alimentation comprend en outre un 5 asservissement A. En cas de coupure réseau -AC et quelle que soit la charge, l'asservissement A permet au convertisseur CT1 de s'adapter à la puissance maximum du générateur solaire PV. Sinon en l'absence d'asservissement A, la tension en entrée du convertisseur chute en suivant la caractéristique U, I du générateur solaire et le convertisseur ne fonctionne plus correctement. L'asservissement A pilote la consigne de courant de sortie du convertisseur en fonction de la tension d'entrée de ce 10 convertisseur afin de la maintenir dans sa plage de tension de bon fonctionnement. La fonction d'asservissement peut-être réalisée à l'intérieur ou à l'extérieur du convertisseur via un dispositif de régulation et être commune à plusieurs convertisseurs optionnels montés en parallèle (en pointillés sur la figure 11). Il est clair pour l'homme du métier, qu'une consigne est la référence de réglage de la sortie d'un système asservi ou régulé. 15 La figure 12 est un schéma d'un système selon l'invention d'alimentation qui outre les dispositifs de la figure 11 comprend en outre au moins un autre convertisseur CT 2 et un autre asservissement B. Cet autre convertisseur peut fonctionner en étant directement alimenté par le réseau -AC tout en étant connecté en parallèle sur la sortie du convertisseur CT 1. L'asservissement B donne une priorité à la production solaire par le convertisseur CT 1 en baissant la consigne de tension du 20 convertisseur CT 2 un peu en dessous de celle du convertisseur CT 1. En contrôlant la consigne de tension du deuxième convertisseur un peu en dessous de celle du premier convertisseur la priorité est donnée à une consommation d'énergie issue du générateur solaire via le premier convertisseur. REVENDICATIONS1. Procédé pour alimenter une charge à partir d'une source de courant alternatif ayant une tension redressée de limite basse Vb et à partir d'un générateur solaire photovoltaïque composé de panneaux solaires générant chacun une puissance maximale à une tension continue Vmp, la charge étant branchée en sortie d'un convertisseur de tension pouvant fonctionner avec un courant continu en entrée et acceptant une tension maximale Vh en entrée, comprenant : le couplage des deux sources d'alimentation au moyen d'un dispositif de redressement entre la source de courant alternatif et le convertisseur et d'un dispositif ayant une fonction de diode en série entre le convertisseur et une première branche de N panneaux solaires en série avec N déterminé tel que N>1 et Vb/Vmp 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre le branchement en parallèle de la première branche d'au moins une branche de M panneaux solaires en série, M pouvant être différent de N. 3. Utilisation d'un procédé selon l'une des revendications 1-2 pour alimenter des équipements d'un réseau de télécommunication. 4. Utilisation d'un procédé selon l'une des revendications 1-2 pour alimenter une station de recharge de batteries utilisées dans d'autres équipements dont des véhicules, des appareils portables. 5. Dispositif de couplage d'une source de courant alternatif ayant une tension redressée de limite basse Vb et d'un générateur solaire photovoltaïque composé d'une première branche de N panneaux solaires en série générant chacun une puissance maximale à une tension continue Vmp, destiné à un système d'alimentation d'une charge branchée en sortie d'un convertisseur de tension pouvant fonctionner avec un courant continu en entrée et acceptant une tension maximale Vh en entrée, comprenant : un dispositif de redressement entre la source de courant alternatif et le convertisseur et un dispositif ayant une fonction de diode en série entre le convertisseur et la première branche de N panneaux solaires avec N déterminé tel que N >1 et Vb/Vmp 6. Dispositif de couplage selon la revendication précédente destiné à un système d'alimentation dans lequel le générateur solaire photovoltaïque comprend au moins une branche de M panneaux en série en parallèle de la première branche, comprenant en outre au moins un deuxième dispositif ayant une fonction de diode à brancher en série avec la branche de M panneaux, M pouvant être déterminé différent de N. 7. Système d'alimentation d'une charge à partir d'une source de courant alternatif ayant une tension redressée de limite basse Vb et à partir d'un générateur solaire photovoltaïque composé d'une 3034582 11 première branche de N panneaux solaires en série générant chacun une puissance maximale à une tension continue Vmp, comprenant : un premier convertisseur de tension pouvant fonctionner avec un courant continu en entrée et acceptant une tension maximale Vh en entrée, la charge étant branchée en sortie 5 du premier convertisseur et un dispositif de couplage selon l'une des revendications 5 et 6. 8. Système d'alimentation selon la revendication précédente comprenant en outre un premier dispositif d'asservissement pour piloter un courant de sortie du premier convertisseur en fonction de la tension d'entrée de ce premier convertisseur. 10 9. Système d'alimentation selon la revendication précédente comprenant en outre au moins un deuxième convertisseur (CT 2) directement alimenté par la source de courant alternatif et connecté en parallèle sur la sortie du premier convertisseur (CT 1) et comprenant en outre un deuxième dispositif d'asservissement (B) qui contrôle une consigne de tension du deuxième convertisseur (CT2) en lien avec le contrôle d'une consigne de tension du premier convertisseur 15 (CT1). 10. Système d'alimentation selon la revendication 7 dans lequel le premier convertisseur est un redresseur de type AC/DC acceptant une tension continue ou AC redressée. 20