BDPV - Suivi de production
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Les caracteristiques des modules qui sont fournies par le constructeur sont des moyennes. Il indique d'ailleurs toujours l'ecart a la moyenne sous forme d'un pourcentage.
Dans la pratique, lors de la construction, chaque module est teste en sortie de la ligne d assemblage. On le soumet tres brievement a un eclairage dans une enceinte recreant les conditions STC de 1000W/m2, 25oC, AM 1,5. On appelle ca le a flashage
Une fois tous les modules flashes, le constructeur fait des lots en triant les modules en puissance. Tous les modules d un lot auront donc la meme puissance + ou quelques pour-cent. Cela depend des fabricants, on peut avoir +-3% ou 5+10%,
Chaque module est donc unique dans ses caracteristiques. Pour qu une installation photovoltaique fonctionne le mieux possible, il est donc preferable que tous ses modules soient les plus semblables possibles.
En effet, l installation est constituee de plusieurs modules mis en serie (string) et en parallele. Lorsque l on met les modules en serie, les tensions s ajoutent mais le courant reste constant et sera egal au courant du module le plus faible. De meme, lorsque l on met des modules en parallele, les courants s ajoutent mais la tension reste constante et sera egale a la tension la plus faible.
Comme l on met generalement plus de module en serie qu en parallele, on va donc essayer d avoir des modules ayant des courants similaires ensembles.
Jusque la tout va bien ! Sauf qu un module n a pas toujours la meme tension ni le meme courant : c est un generateur d energie qui va s adapter a la demande en puissance que l on fait. C est exactement comme une pile d une lampe de poche : si vous ne branchez rien dessus, la pile aura une tension donnee et un courant nul. On peut voir cela comme un a potentiel d energie a donner. Si vous creez un court-circuit entre les bornes + et -, vous aurez un courant eleve et une tension nulle (le potentiel est nul, la pile donne tout ce qu elle a dans le ventre !). Cet etat n est pas durable car la pile va rapidement s epuiser. Entre ces deux extremes, il existe une infinite d etats accessibles qui seront determines par la charge (la resistance de l ampoule) que vous mettrez entre les 2 poles. Notre module fonctionne de la meme maniere sauf qu il est recharge en permanence par les photons du Soleil (l explication de ce mecanisme sera pour une autre fois !).
Chacun de ses etats accessibles correspond a une puissance fournie. La puissance est obtenue comme le produit du courant par la tension. Dans les 2 cas extremes, la puissance est nulle puisque l une des deux valeurs est nulle. Entre ces 2 points existe un point ou la puissance est maximale. C est ce point que l on cherche a atteindre en permanence et c est la le boulot de l onduleur : faire en sorte qu a tout moment les modules donnent le maximum de puissance. On appelle ce point Pmpp, la tension associe Umpp et le courant associe Impp. MPP vient de l anglais Maximal Power Point : Point de Puissance Maximale.
Concretement, on peut visualiser cela par une courbe I = f(U) et une autre P = f(U). Par exemple pour un module de Sanyo de 210Wc, on a :
Caracteristique I = f(U)
Caracteristique P = f(U)
On observe bien les points :
- en vert : Tension de circuit ouvert Uoc et courant de court-circuit Icc
- en bleu : la tension Umpp et le courant Impp lies au point de fonctionnement maximal
- en rouge : le point de puissance maximale : Pmpp
Voila pour le comportement d un module. Lorsque l on met plusieurs modules en serie, on obtiendra au final le meme genre de courbe. On peut considerer l ensemble de l installation comme un unique et enorme panneau !
La determination de la puissance de cet unique panneau n est pas evidente puisque chaque module entite est un peu different. En premiere approximation, on peut additionner l ensemble des puissances, mais cela ne sera pas exact. Pour avoir un resultat exact, il faut determiner pour chaque string sa tension et son courant.
Comment determiner la tension d une string ?
Premiere approche :
Reperons dans le groupe des modules en serie qui composent la string celui qui a le courant le plus faible. On doit ensuite regarder pour chacun des autres modules qu elle est la tension qui correspond a ce courant (sur sa courbe I=f(U)). Une fois cela fait, il suffit d ajouter toutes les tensions obtenues pour obtenir la tension de la string. En multipliant par le courant, on obtient la puissance a reelle de la string. Si l installation ne comporte qu une string nous avons la sa puissance.
Maintenant si on a 2 string en parallele. On peut faire la meme operation que precedemment sur les 2 strings. Si les tensions obtenues sont identiques (cas fort peu probable !), pas de probleme, la puissance de notre installation sera le produit de la tension par la somme des courants des 2 strings : P = U_string x (I_string1 + I_string2).
Mais si les tensions sont differentes ? Les choses se compliquent mais on peut s en sortir. On peut considerer chaque string comme un unique module. Comme ils sont en paralleles, les tensions doivent etre les memes et egales a la tension la plus faible. Le string-module qui a sa tension la plus elevee devra la baisser ce qui aura pour consequence de modifier son courant. On peut determiner ce courant en tracant la caracteristique de se string-module. Une fois le courant determine, on retrouve le cas precedent ou les 2 string ont des tensions identiques.
Ce raisonnement est en fait pas tout a fait correct car nous ne sommes pas dans une situation statique. En effet, au bout de nos modules, il y a l onduleur qui en permanence cherche le Pmpp et pour ce faire fait varier la tension. L onduleur ne voyant pas les modules individuellement, il fait varier la tension globale de chaque string. Chaque module va donc voir sa tension bouger un peu ainsi que son courant puisqu ils sont lies (on se promene sur la caracteristique I=f(U)). La solution de prendre le courant le plus faible est donc un peu perturbee et dans la realite le courant de la string sera un peu plus eleve.
Si vous etes arrive jusque la, vous vous dites : c est bien joli tout ca, mais qu en est-il de la a vrai puissance de mon installation !
J y arrive ! Mais il y encore quelques considerations un peu techniques qu il me faut exposer. Elles ne sont cependant pas necessaire pour l utilisation du programme et vous pouvez donc les sauter et aller directement a l exemple ci-dessous.
L expose ci-dessus montre que la solution du probleme tourne autour du calcul de la caracteristique d un module. Il existe plusieurs modele mathematique du fonctionnement d un module, mais tous utilisent la diode comme base en y rajoutant une ou plusieurs resistances. Une excellente introduction est donnee par M. Matagne la : http://www.lei.ucl.ac.be/~matagne/SOLAIRE/SEM10/S10P13.HTM
Le modele est le suivant :
Ce qui se traduit pour notre caracteristique I=f(U) par :
Dans cette formule, nous avons :
- I et U le courant et la tension aux bornes du module
- IL : le courant photogenere
- I0 : le courant de saturation inverse
- g : le facteur de qualite de la diode
- Rs : la resistance serie
- Rsh : la resistance de Shunt
- e : la charge de l electron
- k : la constante de Boltzman
A partir des points donnees par le fabricant (tension a vide, courant de court-circuit, coefficients de temperature) il est possible de resoudre cette equation et d obtenir ainsi la caracteristique complete du module.
M. Matagne propose un programme Basic resolvant cette equation, j en ai fait une adaptation plus complete disponible la : MODULE
EXEMPLE 1 :
Considerons un module Sanyo HIP-210NKHE1. Le constructeur donne les caracteristiques moyennes suivantes :
Nombre de cellules : 72 (ca c est pas une moyenne !)
Tension Mpp : Umpp = 41,3 V
Courant Mpp : Impp = 5,09 A
Tension en circuit ouvert : Uco = 50,9 V
Courant de court circuit : Icc = 5,57 A
Coeff. de temperature de Uco : -127 mV/oC
Coeff. de temperature de Icc : 1,67 mA/oC
Coeff. de temperature de Pmpp : -0,3 %/oC
Et les courbes :
[img]http://lionel.reynaud.free.fr/BDPV/Images/Sanyo_constructeur.gif[/img]
Voila les courbes obtenues avec le programme pour l evolution en fonction de l irradiation :
On constate une bonne correspondance bien que les coudes des pentes soient moins brutales que ce qu elles devraient etre. Faut dire aussi que les modules Sanyo HIP ont une technologie hybride cristallin/amorphe que le modele ne sait pas reproduire.
Considerons maintenant une installation constituee de 14 de ces modules dont les donnees techniques sont (flash-list) :
La somme brutale des puissances donnent : 2973,2Wc.
Nous allons considerer 2 cas d installation : la premiere avec une seule string de 14 modules, la secondes avec 2 strings de 7 modules.
Cas 1 : une string de 14 modules. Dans ce cas, trier ne sert a rien. Si on calcule la puissance avec la methode du courant minimal, on obtient :
Pmpp = Utotal x Imin = 585,54 x 5,005 = 2930,6Wc
En utilisant les caracteristiques des modules, on obtient :
Pmpp=2971,82Wc, Umpp=585,42V, Impp=5,08A
On constate une puissance proche de celle obtenue par la somme brute. On voit aussi que le courant est superieur au courant minimal.
Cas 2 : deux string de 7 modules. Dans ce cas, on peut faire des tris afin d ameliorer les choses (?). Le tableau ci-dessous regroupe plusieurs tests (les valeurs pour String 1 & 2 correspondent a la string isolee) :
Conclusion, le tri n apporte rien ! Les ecarts ne sont pas significatifs pour etre relevant. En fait, il se trouve que le groupe de module est tres homogene.
EXEMPLE 2 :
Nous allons maintenant considerer un module SDM 185Wc. Les caracteristiques sont :
Nombre de cellules : 72
Tension Mpp : Umpp = 34,6 V
Courant Mpp : Impp = 5,35 A
Tension en circuit ouvert : Uco = 44 V
Courant de court circuit : Icc = 5,8 A
Coeff. de temperature de Uco : -156 mV/oC
Coeff. de temperature de Icc : 3,074 mA/oC
Coeff. de temperature de Pmpp : -0,485 %/oC
La modelisation donne la caracteristique suivante :
Faisons les memes operations que dans l exemple precedent en considerant les 14 modules suivants :
La somme brutale des puissances donnent : 2589Wc.
Cas 1 : une string de 14 modules. Aucun tri necessaire. Si on calcule la puissance avec la methode du courant minimal, on obtient :
Pmpp = Utotal x Imin = 502,88 x 5,047 = 2538,03Wc
En utilisant les caracteristiques des modules, on obtient :
Pmpp=2586,03Wc, Umpp=502,98V, Impp=5,14A
On constate une puissance proche de celle obtenue par la somme brute. On voit aussi que le courant est superieur au courant minimal.
Cas 2 : deux string de 7 modules. Dans ce cas, on peut faire des tris afin d ameliorer les choses (?). Le tableau ci-dessous regroupe plusieurs tests (les valeurs pour String 1 & 2 correspondent a la string isolee) :
La encore le tri n apporte pas grand chose, tout juste 2Wc de gagner.
Conclusion :
Dans le cas d une petite installation et sous reserve que le lot de modules fourni est homogene, une excellente approximation de la puissance de l installation sera obtenue en faisant simplement la somme des puissances des modules de la flash-list et faire un tri ne s impose pas.
Felicitations
comme explication.
