Brevet FR3050548A1 (20171027)
REVENDICATIONS1. Le PCU-MPPC est une unité de puissance, qui se caractérise par le fait qu'elle est connectée à deux sources d'énergie, une constituée de panneaux solaires l'autre, une batterie pour le stockage de l'énergie, et enfin un réseau électrique d'utilisation. Cette unité est constituée de régulateurs de puissance, de type shunt pour la gestion des panneaux solaires, d'un régulateur de puissance bidirectionnel, de type série pour la gestion de la batterie et d'un module de calcul, en l'occurrence un microprocesseur pour le calcul du MPP des panneaux solaires. Cette unité de puissance distribue une tension vo continue, régulée, de valeur MPP, non stop, à un réseau d'utilisation constitué d'appareillages électriques. Le PCUMPPC a la particularité de polariser les panneaux solaires à leur maximum de puissance (MPP) et de également de gérer la durée de vie de la batterie en agissant sur sa charge et sa décharge. Revendication 2 : Le PCU-MPPC est une unité de puissance selon la revendication précédente caractérisée en ce que : Les régulateurs de puissance pour la gestion des panneaux solaires sont constitués de plusieurs cellules de puissance identiques. Si n est le nombre de ces cellules, celles-ci sont de topologie shunt non dissipatif modulaire, connue sous le sigle de S3R (Sequential Switching Shunt Regulator). Elles sont connectées à n panneaux solaires, tous identiques. La fréquence de fonctionnement de ces cellules est variable. 3050548 18 3050548 Le régulateur bidirectionnel, pour la gestion de la charge et la décharge de la batterie, fonctionne en PWM (Pulse Width Modulator) à une fréquence fixe. Le filtre de sortie est commun à tous ces régulateurs. Il est 5 constitué d'un assemblage, en parallèle, de condensateurs de fortes capacités pour emmagasiner l'énergie nécessaire à la régulation, mais également de faibles capacités, pour obtenir une bonne dynamique (résistance parasite très faible) de la régulation de la tension continue distribuée vo. 10 Un module de contrôle assure le fonctionnement de tous les régulateurs ainsi que la régulation de la tension distribuée vo et la gestion de la batterie. Le module de calcul, appelé MPPC, permet de calculer, à l'aide d'un microprocesseur recevant les données nécessaires, le calcul du 15 point de fonctionnement MPP du réseau solaire et de piloter le module de contrôle. Revendication 3 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que la régulation 20 de la tension vo fournie au réseau d'utilisation est assurée par un seul module S3R ou par le régulateur bidirectionnel obéissant au module de contrôle, lui-même piloté par le module de calcul. Tous les autres circuits de puissance ne contribuent pas à la régulation et ne génèrent pas de pertes énergétiques. Cette tension vo est celle du MPP du réseau 25 solaire, calculé par le microprocesseur. Revendication 4 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, tous les panneaux solaires ainsi que les modules S3R associés étant identiques, 19 3050548 le MPP du réseau solaire est donc le même que celui de chaque panneau solaire. Le calcul du MPP se fera en utilisant la cellule de puissance S3R de rang n (ou n-1 si n est en panne etc..). 5 Revendication 5 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que chaque cellule de puissance shunt S3R est équipée d'un senseur de courant qui mesure en permanence le courant fourni par le panneau solaire qui lui est associé. Si in est le rang de cette cellule, le courant mesuré est im. 10 L'état, ON ou OFF; soit 1 ou 0 en numérique, de l'interrupteur de puissance m de cette cellule de puissance est également mesuré. Ces deux informations sont envoyées au module de calcul MPPC. Le microprocesseur reçoit ces deux informations de toutes les cellules de puissance shunt S3R et calcule la tension MPP qui pilotera le module 15 de contrôle. Revendication 6 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que le calcul de la tension MPP se déduit des équations de la caractéristique électrique 20 i(v) du réseau solaire, soit : isA (t) isc(t)_iR(exp(qAvskT(t), )\n<CLM>\1\tisc - iR (exp (avsA ) -1) La puissance PSA que fournit le réseau solaire est donnée par : PSA(t) = V SA(t)i SA(t) La puissance maximale doit vérifier la condition suivante: dP,A 25 = isc -1R (exp( vsA)-1)+ v(-aiR exp(asAv) -1) ---- 0 ds, La résolution de cette équation donne la tension vmpp. Cette opération est faite par un microprocesseur en quelques millisecondes. 20 3050548 L'algorithme itératif utilisé est celui de Newton-Raph.svon (par exemple). Pour résoudre cette équation, il faut connaître: isc, iR et a. Revendication 7: L'unité de puissance selon les 5 revendications précédentes se caractérise par le fait que le calcul d'un nouvel MPP a lieu chaque fois que le courant débité io par un panneau non court-circuité par un S3R (en général celui de rang n ou n-1 si défaillance du canal n) subit une variation de x% (par exemple 3%). Si vo est la tension du MPP avant la variation de courant, l'unité de 10 puissance PCU-MPPC va alors réguler une tension v1=1.05 vo si x\n<CLM>\1\tSur la nouvelle caractéristique i(v) le point représentatif de cette régulation sera M1(v1,i1). Le paramètre isc sera le courant débité par un panneau solaire court-circuité par un module S3R, plus particulièrement celui de rang 1 (ou rang supérieur si 15 défaillance de ce canal). Les autres paramètres sont : a= 1 V1 (i jo) _ (isa R exp 20 Revendication 8 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, lors de sa mise sous tension, sans l'activation des régulateurs, le calcul du premier MPP nécessite la mesure du courant io débité par un panneau solaire et de la tension de sortie vo, en principe le module n, ce qui 25 constitue le point Mo. L'activation des régulateurs avec une tension y1 1.05v0 va permettre de mesurer le courant il débité le panneau non court-circuité par un module S3R (en principe celui de rang n), ce qui 21 3050548 constitue le point M1. Le courant isc est mesuré en sortie d'un panneau court-circuité par un module S3R, en principe le module de rang I. Le calcul du MPP est fait avec : 5 a= 1 Log (isci VI -VO (iSC-i0) il) exp av, Revendication 9 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, lors d'un fonctionnement à forte puissance, la régulation n'est faite que par le 10 régulateur bidirectionnel. Le calcul d'un nouvel MPP fait appel aux mesures de deux points M1 et M2 de la caractéristique i(v) du réseau solaire. Si io est le courant fourni par le panneau solaire du module S3R de rang n, à la tension vo, c'est-à-dire les coordonnées du point Mo, les deux points M1 et M2 seront choisis de sorte que v1=0.95vo et 15 v2=1.05v0. Alors : -102 2i1 - (io + i2 ) a= 1 Log(ici -4) V, «sc. -10) R exp 20 Revendication 10 : L'unité de puissance selon les revendications précédentes se caractérise par le fait que, lors d'un transitoire passant du mode forte puissance vers le mode nominal, la revendication 9 s'applique sauf si le S3R de rang n reste inactif (état 0 de son interrupteur). Si ce n'est pas le cas, la revendication 7 25 s' applique. isc