Brevet FR3134265A1 — publié le 20231006

l’invention (1) a pour principal objectif de déterminer et transmettre l’impédance équivalente exacte du point de puissance électrique maximale (vraie puissance) d’un panneau photovoltaïque ou d’un ensemble de panneaux photovoltaïques (3) grâce à la mesure des grandeurs disponibles au niveau des cellules photovoltaïques ou des chaines de cellules photovoltaïques dans le panneau ou d’un panneau, ces grandeurs étant la tension de cellules ou de chaines de cellules photovoltaïques dans un panneau photovoltaïque, ou la tension d’un panneau photovoltaïque (6), le courant de cellule photovoltaïque ou de chaines de cellules photovoltaïques dans un panneau photovoltaïque, ou le courant d’un panneau photovoltaïque (7), et optionnellement de la température de cellule photovoltaïque ou de chaine de cellule photovoltaïque ou la température d’un panneau (8) à un convertisseur d’énergie (5) déporté ou intégré au panneau photovoltaïque ou au système de panneaux photovoltaïques, l’impédance équivalente transmise par l’invention, permettant d’effectuer les réglages internes du convertisseur d’énergie pour obtenir le maximum d’énergie produite par le panneau solaire ou l’ensemble des panneaux solaires, mais aussi de fonctionner dans sa plage de fonctionnement optimale, tout en supprimant l’électronique de recherche des impédances équivalentes de l’ensemble des convertisseurs d’énergie, permettant une meilleure fiabilité et un coût réduit de la production d’énergie photovoltaïque. L’invention permet ainsi un gain global de production du système, une maintenance moins coûteuse, et une mise en sécurité automatique ou par commande, des panneaux défectueux. figure pour l’abrégé : [Fig. 1] SYSTEME OPTIMAL DE CONVERSION ELECTRIQUE DE L’ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE SANS RECHERCHE EMPIRIQUE DU POINT DE PUISSANCE MAXIMALE PAR DELIVRANCE DE L’IMPEDANCE EXACTE DU SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AU CONVERTISSEUR DE PUISSANCE AINSI SIMPLIFIE L’invention (1), décrite dans la consiste en un dispositif électronique, réalisé par une partie de composant électronique ou un ou plusieurs composants électroniques, permettant de déterminer et transmettre l’impédance exacte (notée Z T P (pour “Impédance True Power” avec “TP” abrégé de “True Power”)) au point de puissance maximale (voir ) d’un générateur photovoltaïque (3) (cellule photovoltaïque, ensemble de cellules, panneaux, ensemble de panneaux), quelque soit l’irradiance et la température, au convertisseur d’énergie (5) situé dans le panneau ou à l’extérieur des panneaux photovoltaïques, afin de générer la plus grande puissance possible des cellules, chaines de cellules, panneaux photovoltaïques et du convertisseur d’énergie, accordé avec la source d’énergie grâce à cette information. L’invention (1) peut être derrière ou dans chaque cellule photovoltaïque, ou dans chaque branche de cellules d’un panneau, une par panneau, une pour un ensemble de panneaux, une ou plusieurs par convertisseur d’énergie, en fonction de l’intérêt technique ou économique. L’invention (1) permet de faire la mesure directement de la tension (6) en Volt (V) des cellules photovoltaïques ou ensemble de cellules ou panneau ou ensemble de panneaux, du courant (7) en Ampères (A) des cellules photovoltaïques ou ensemble de cellules ou panneau ou ensemble de panneaux, et directement ou indirectement de la température (8) des cellules T C en degrés (°C) issue de capteurs de température (4) installés soit comme un capteur de température pour l’ensemble d’un panneau, ou un capteur pour une partie de panneau, ou un capteur par cellule d’un panneau, ou d’un capteur de température intégré à l’invention, ou bien encore, recevoir l’information de température de cellules de toute source extérieure (capteur de température déporté, camera thermique...) ou par apprentissage via des algorithmes d’intelligence artificielle permettant d’obtenir la température des cellules. L’invention (1) peut implémenter un ou plusieurs interrupteurs (2) intégrés afin de réaliser un court circuit ou une boucle ouverte de toute ou partie du panneau, des chaines de cellules, ou des cellules photovoltaïques. Par analyse des grandeurs mesurées, l’invention (1) présente plusieurs entrées/sorties mono ou bi-directionnelles dont: Un état de fonctionnement ON/OFF (10): typiquement, il permet de contrôler l’état de l’invention (1)(fonctionnelle ou non), si elle est sous tension, si le panneau est fonctionnel, de forcer un redémarrage de l’invention (1)…. Une alarme (11): cette sortie permet de signaler un problème (ombrage, cellule cassée…), mettre le panneau en protection, en cas de surchauffe, de courant ou tension non conformes, de manière automatique ou déportée L’impédance au point de vraie puissance Z T P (12): cette information est mise à disposition par l’invention (1), grâce à la résolution des équations correspondantes au circuit de la complétée ou non par une analyse en intelligence artificielle. La mise à disposition de la valeur de l’impédance peut se faire : via une tension, un courant, une impédance, une valeur numérique par une ou plusieurs broches de l’invention (1) par modulation, radio ou tout autre moyen de communication vers le convertisseur d’énergie. peut etre multiplexee avec d’autres valeurs utiles La transmission de la valeur numérique de l’impédance Z T P , dans le cas de la mise en série de plusieurs inventions (1), se fera suivant un protocole de type réseau permettant d’éviter les collisions et pertes de données et d’identifier de manière unique l’invention (1). La transmission de la valeur numérique de l’impédance Z T P , pourra être complétée par d’autres informations sur le panneau, comme le numéro de série, le degré de salissure, les évolutions des paramètres internes du panneau comme I T P (G,T), V T P (G,T), I D (G,T), I R (G,T), I Rsh (G,T), R S (G,T), R SH (G,T),μ Voc , μ Icc , valeurs décrites plus bas dans le brevet, ces valeurs permettant d’effectuer une maintenance et surveillance des installations solaires à bas cout, par algorithme informatique de suivi des installations. A la réception de l’information d’impédance Z T P , le convertisseur d’énergie (5) ajustera sa propre impédance équivalente à la valeur Z T P pour permettre la conversion optimale d’énergie entre le panneau solaire, la chaine de cellules photovoltaïques ou la cellule et le convertisseur d’énergie par le principe d’adaptation d’impédance. Dans le cas où plusieurs inventions (1) sont connectées à un convertisseur d’énergie (5), chacune des inventions(1), nommées (1)(i), où (i) est l’indice unique de chaque invention (1) dans le système, peut transmettre son impédance équivalente Z T P,i , ce qui permet: De déterminer l’impédance équivalente exacte du système par résolution des lois de Kirchhoff, c’est à dire: si les différentes inventions (1) sont en série, l’impédance équivalente du système Z T P,systeme sera égale à la somme des différentes impédances, c’est-à-dire Z T P,syst eme = SOMME ( Z T P,i ), si les inventions (1) sont en parallèle alors ( 1 / Z T P,systeme ) = 1 / ( SOMME ( Z T P,i ) ) , les combinaisons parallèle-série pouvant se résoudre de la même manière. Les informations Z T P permettent aussi de connaître l’état individuel des panneaux, leur éventuel ombrage, salissures, problèmes techniques, non appariement et donc faciliter les opérations de maintenance et d’amélioration du système. Cette adaptation d’impédance Z T P ou Z T P,sys teme si plusieurs inventions (1) sont connectés au convertisseur d’énergie (5), sans recherche du point d’impédance, implémentée dans le convertisseur d’énergie (5) permet une simplification de l’étage d’entrée du convertisseur abaissant le coût du convertisseur. l’impédance Z TP transmise au convertisseur d’énergie peut être utilisée dans la boucle de contre-réaction du convertisseur d’énergie pour un réglage de manière exacte du point de puissance, sans le surcout spécifique du suivi de MPPT (Maximal Power Point Tracking) jusqu’alors utilisé dans l’industrie photovoltaïque, dans les onduleurs, chargeurs, convertisseur continu-continu, continu-alternatif ou autres. On n’a donc plus un mécanisme de suivi de puissance maximale (MPPT), mécanisme empirique et imparfait, mais un réglage sur la vraie puissance (“TP”) générée par le système. l’impédance Z T P est obtenue par résolution des paramètres du modèle équivalent de Thévenin/Norton pour une cellule photovoltaïque, une chaine de cellules photovoltaïques, un panneau photovoltaïque ou un ensemble de panneaux photovoltaïques, qui sont modélisés comme un générateur donné en L’innovation (1) détermine et résout les paramètres Z T P (G,T) qui est l’impédance de vraie puissance ou “True Power” (“TP”), quelque soit la température (T) et l’irradiance (G), l’irradiance étant dérivée de l’information de température des cellules. L’impédance Z T P (G,T) résulte des calculs de I T P (G,T), V T P (G,T), I D (G,T), I R (G,T), I Rsh (G,T), R s (G,T), μ Voc , μ Icc , en fonction de la température des cellules et l’irradiance, qui est dérivée de la température. μ Voc étant le coefficient d’évolution de la tension en boucle ouverte V oc en fonction de la température (en %/°C), et μ Icc , le coefficient d’évolution du courant de court-circuit I cc en fonction de la température (en %/°C). est le schéma de principe de l’invention, montrant ses entrées et sorties et permettant d’expliciter et numéroter chacun des éléments de l’invention (1). est le schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque, ensemble de cellules photovoltaïques, panneau photovoltaïque, ensemble de panneaux photovoltaïques. sont les courbes courant-tension-puissance des cellules, ensemble de cellules, panneaux, ensemble de panneaux, avec tension de court-circuit, courant de court-circuit, point de vraie puissance (“TP”), tension, courant et puissance de vraie puissance. L’invention (1), décrite dans la [Fig. 1] consiste en un dispositif électronique, réalisé par une partie de composant électronique ou un ou plusieurs composants électroniques, permettant de déterminer et transmettre l’impédance exacte (notée Z T P (pour “Impédance True Power” avec “TP” abrégé de “True Power”)) au point de puissance maximale d'un générateur photovoltaïque (3)(cellule photovoltaïque ou ensemble de cellules ou panneaux ou ensemble de panneaux), quelque soit l’irradiance et la température, au convertisseur d’énergie (5) situé dans le panneau ou à l’extérieur des panneaux photovoltaïques, afin de générer la plus grande puissance possible des cellules, chaines de cellules, panneaux photovoltaïques et du convertisseur d’énergie, accordé avec la source d’énergie grâce à cette information L’invention (1) peut être derrière ou dans chaque cellule photovoltaïque, ou dans chaque branche de cellules d’un panneau, une par panneau, une pour un ensemble de panneaux, une ou plusieurs par convertisseur d’énergie, en fonction de l’intérêt technique ou économique. L’invention (1) permet de faire la mesure directement de la tension (6) en Volt (V) des cellules photovoltaïques ou ensemble de cellules ou panneau ou ensemble de panneaux, du courant (7) en Ampères (A) des cellules photovoltaïques ou ensemble de cellules ou panneau ou ensemble de panneaux, et directement ou indirectement de la température (8) des cellules T c en degrés (°C) issue de capteurs de température (4) installés soit comme un capteur de température pour l’ensemble d’un panneau, ou un capteur pour une partie de panneau, ou un capteur par cellule d’un panneau, ou d’un capteur de température intégré à l’invention, ou bien encore, recevoir l’information de température de cellules de toute source extérieure (capteur de température déporté, camera thermique...) ou par apprentissage via des algorithmes d’intelligence artificielle permettant d’obtenir la température des cellules. L’invention (1) peut implémenter un ou plusieurs interrupteurs (2) intégrés afin de réaliser un court circuit ou une boucle ouverte de toute ou partie du panneau, des chaines de cellules, ou des cellules. Par analyse des grandeurs mesurées, l’invention (1) présente plusieurs entrées/sorties mono ou bi-directionnelles dont: 5.1. un état de fonctionnement ON/OFF (10): typiquement, il permet de contrôler l’état de l’invention (1)(fonctionnelle ou non), si elle est sous tension, si le panneau est fonctionnel, de forcer un redémarrage de l’invention (1)…. 5.2. Une alarme (11): cette sortie permet de signaler un problème (ombrage, cellule cassée…), mettre le panneau en protection, en cas de surchauffe, de courant ou tension non conformes, de manière automatique ou déportée 5.3. L’impédance au point de vraie puissance Z TP (12): cette information est mise à disposition par l’invention (1), grâce à la résolution des équations correspondantes au circuit de la [Fig. 2] complétée ou non par une analyse en intelligence artificielle. La mise à disposition de la valeur de l’impédance peut se faire : 6.1. via une tension, un courant, une impédance, une valeur numérique 6.2. par une ou plusieurs broches de l’invention (1) 6.3. par modulation, radio ou tout autre moyen de communication vers le convertisseur d’énergie. 6.4. peut etre multiplexee avec d’autres valeurs utiles La transmission de la valeur numérique de l’impédance Z T P , dans le cas de la mise en série de plusieurs inventions (1), se fera suivant un protocole de type réseau permettant d’éviter les collisions et pertes de données et d’identifier de manière unique l’invention (1). La transmission de la valeur numérique de l’impédance Z T P , pourra être complété par d’autres informations sur le panneau, comme le numéro de série, le degré de salissure, les évolutions des paramètres internes du panneau comme I T P (G,T), V T P (G,T), I D (G,T), I R (G,T), I RSh (G,T), R S (G,T),R SH (G,T),μ VOC , μ IC C valeurs décrites plus bas dans le brevet, ces valeurs permettant d’effectuer une maintenance et surveillance des installations solaires à bas cout, par algorithme informatique de suivi des installations. A la réception de l’information d’impédance Z T P , le convertisseur d’énergie (5) ajustera sa propre impédance équivalente à la valeur Z T P pour permettre la conversion optimale d’énergie entre le panneau solaire, la chaine de cellules photovoltaïques ou la cellule et le convertisseur d’énergie par le principe d’adaptation d’impédance. Dans le cas où plusieurs inventions (1) sont connectées à un convertisseur d’énergie (5), chacune des inventions(1), nommées (1)(i), où (i) est l’indice unique de chaque invention (1) dans le système, peut transmettre son impédance équivalente Z T P,i , ce qui permet: 11.1. De déterminer l’impédance équivalente exacte du système Z T P,sys te me par résolution des lois de Kirchhoff, c’est à dire: 11.1.1. si les différentes inventions (1) sont en série, l’impédance équivalente du système Z T P,sys te me sera égale à la somme des différentes impédances Z T P,i , c’est-à-dire Z T P,sys te me = SOMME( Z T P,i ), 11.1.2. si les inventions (1) sont en parallèle alors ( 1 / Z T P,systeme ) = 1 / ( SOMME ( Z T P,i ) ), 11.1.3. les combinaisons parallèle-série pouvant se résoudre de la même manière. Les informations Z T P,i permettent aussi de connaître l’état individuel des panneaux, leur éventuel ombrage, salissures, problèmes techniques, non appariement et donc faciliter les opérations de maintenance et d’amélioration du système. Cette adaptation d’impédance Z T P ou Z T P,sys te me si plusieurs inventions (1) sont connectées au convertisseur d’énergie (5), sans recherche du point d’impédance, implémentée dans le convertisseur d’énergie (5) permet une simplification de l’étage d’entrée du convertisseur abaissant le coût du convertisseur l’impédance Z T P transmise au convertisseur d’énergie peut être utilisée dans la boucle de contre-réaction du convertisseur d’énergie pour un réglage de manière exacte du point de puissance, sans le surcout spécifique du suivi de MPPT (Maximal Power Point Tracking) jusqu’alors utilisé dans l’industrie photovoltaïque, dans les onduleurs, chargeurs, convertisseur continu-continu, continu-alternatif ou autres. On n’a donc plus un mécanisme de suivi de puissance maximale (MPPT), mécanisme empirique et imparfait, mais un réglage sur la vraie puissance (“TP”) générée par le système. L’impédance Z T P est obtenue par résolution des paramètres du modèle équivalent de Thévenin/Norton pour une cellule photovoltaïque, une chaine de cellules photovoltaïques, un panneau photovoltaïque ou un ensemble de panneaux photovoltaïques, qui sont modélisés comme un générateur donné en [Fig. 2]. L’innovation (1) détermine et résout les paramètres Z T P (G,T) qui est l’impédance de vraie puissance ou “True Power” (“TP”), quelque soit la température (T) et l’irradiance (G), l’irradiance étant dérivée de l’information de température des cellules. L’impédance Z T P (G,T) résulte des calculs de I T P (G,T), V T P (G,T), I D (G,T), I R (G,T), I Rsh (G,T), R s (G,T), μ Voc , μ Icc , en fonction de la température des cellules et l’irradiance, qui est dérivée de la température. μ Voc étant le coefficient d’évolution de la tension en boucle ouverte Voc en fonction de la température (en %/°C), et μ Icc , le coefficient d’évolution du courant de court-circuit Icc en fonction de la température (en %/°C).