LA PROTECTION BYPASS/ CONTRER UN HOT-SPOT
La tension augmente lorsque plusieurs cellules sont en série.
Les cellules associées entre elles doivent avoir les mêmes caractéristiques.
Avec un montage série, si une des cellules est dans l’ombre, elle devient résistante (elle s'oppose au passage du courant) : le module fourni moins d'énergie, mais surtout, la cellule chauffe (effet Joule) et se détériore rapidement !
Pour remédier à ce problème des diodes Bypass permettent d’isoler une série de cellule.
Le courant produit pas les autres cellules ne passe plus dans la cellule occultées (à l'ombre), mais par la diode.
Dans une rangée de cellules en série, protégées par une diode ByPass, si une cellule seulement est complètement occultée, la rangée entière ne produit pas de courant.
Conclusion : il vaut mieux occulter toute une rangée de cellules en série qu'une rangée de cellules en parallèle.
Ombrage partiel sur un générateur photovoltaïque:
L’ombrage partiel d’une cellule va forcer cette dernière à travailler dans le quadrant Q3 (voir fi gure 1), c’est-à-dire d’inverser la polarité de la tension de l’élément et de l’élever au seuil tension inverse de la jonction (UC ≈ -15 V à -25 V).
La puissance absorbée par les cellules à l’ombre dépasse très nettement la puissance normalement dissipée et provoque des points chauds.
Les points chauds peuvent endommager définitivement le module PV.
Une protection contre les surintensités est sans effet, car l’augmentation de la puissance à dissiper est liée à l’apparition d’une tension inverse dans la cellule affectée et non à une augmentation significative du courant Isc.
Ombrage total d’une chaîne sur un générateur photovoltaïque:
Les courants inverses peuvent être imposés à un module présentant une tension plus faible, comme par exemple un module complet à l’ombre par les modules en parallèle exposés à de hauts niveaux de rayonnement.
Le module à l’ombre représente une charge et exploite le quadrant Q1 de la figure 1.
En conditions normales, la tension de fonctionnement est limitée à la tension en circuit à vide UOC.
En conséquence, le courant maximum inverse ne dépasse guère le courant de court-circuit au niveau du module et ne représente pas une surcharge dangereuse pour le module et l’installation DC.
SOURCE: SOCOMEC PV
EXEMPLE:
Caractéristiques d'un panneau (pris au hasard) SV60-280 :
Tension en circuit ouvert (Voc) 38,8 V
Tension à puissance optimale (Vmpp) 32,1 V
Courant de court-circuit (Isc) 9,29 A
Courant à puissance optimale (Impp) 8,76 A
Puissance maximale (Pmpp) 280 W
60 cellules----> tension d'une cellules----> Vmpp/Nbre Cellules= 32,1/60=0,535V
3 Bypass diodes
D'après ce schéma les cellules reliées en série ont une tension de 32,1 V, le courant à puissance optimale (Impp) est de 8,76 A ce qui donne en puissance 32,1V x 8,76 A = 281,196 W (arrondi a 280 W).
Fonctionnement avec un masque (ombre sur le panneau).
0,647x59 = 38,2V HOT-SPOT !
Sur ce panneau avec une seule cellule ombragée, il y a une perte générale de puissance par sous irradiation de la cellule en question, ce qui signifie une diminution de courant (intensité) de la cellule ombragée.
Comme nous savons que c'est l'intensité la plus faible qui prime sur toutes les autres, c'est une perte de puissance générale. P= UxI
Nous avions un courant à puissance optimale (Impp) de 8,76 A, si cette cellule descend par exemple à 4,37 A, nous obtiendrons en puissance 4,37 x 32,1 V soit 140W.
La cellule ombragée bloquera l'intensité Impp traversant toutes les autres cellules, la tension à ses bornes augmente d’où apparition d’une surchauffe et le risque d'endommagement de la cellule et du panneau.
La cellule ira vers:
Vmpp = Voc
Tension en circuit ouvert (Voc) 38,2 V est donnée pour le panneau entier, si on divise par le nombre de cellules (60 dans ce cas) on obtient 0.647 V d’où le calcul 59 x 0.647 V = 38,2 V ( 60 panneaux-1 panneau ombragé).
Fonctionnement avec diodes bypass.
Les diodes sont dans un boitier au dos des panneaux, il peut y en avoir de 2 jusqu'à 5 suivant les fabricants et le nombre de cellules, elles englobent une série ou plusieurs séries de cellules.
Leur fonctionnement consiste à isoler et donc à ne plus laisser passer le courant dans la série de cellules ombragées.
Dans ce cas de figure la diode bypass isole le sous réseau ombragé et le reste des cellules fournissent leur pleine puissance sans qu'il y ait le phénomène hot-spot.
Champ de panneaux solaire.
Alors que les diodes bypass sont utilisée à l'intérieur d'un module pour compenser l'effet d'auto polarisation inverse , le même phénomène peut être observé, entre les modules eux-mêmes, lorsque un champ est constitué de modules en strings parallèles.
Les diodes de blocage évitent que le flux de courant soit inversé entre les strings de panneaux reliés en parallèle, quand il y a un ombrage sur l'un d'entre eux.
Système sur site isolé
Les diodes de blocage empêchent le déchargement de la batterie à travers les panneaux photovoltaïques en l'absence de lumière solaire.
Mesure et Analyse :
La mesure est effectué par chaîne et il est possible de les comparer entre elles.
La mesure de tension en circuit ouvert ( Voc et Imp=0A) doit être comparée à la moyenne sur l'ensemble de la boite de jonction.
Si nous remarquons un défaut supérieur à 12V par rapport à la moyenne, on peut suspecter un diode bypass d'être brulée.
Ex: Voc=38,8V 3 diodes > 38,8/3=12,93V
Le string 1.1.10 comporte un panneaux avec un diode brulée.
Les mesures RISO et Impp doivent être comparées les unes aux autres pour repérer si une chaîne n'ai vraiment aucune homogénéité avec les autres.
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