Brevet FR2911964A1 — publié le 20080801

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination de l'aptitude d'un emplacement à recevoir une installation de production d'énergie à partir du rayonnement solaire. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la détermination de la 15 rentabilité d'une installation de génération d'énergie utilisable à partir de l'énergie solaire. D'une manière générale, on sait que la capacité d'un emplacement à produire une telle énergie dépend de nombreux paramètres tels que : 20 • Des paramètres directement liés à la position géographique de cet emplacement (latitude/longitude, voire même altitude). Ces paramètres permettent notamment de définir les durées jour/nuit et l'intensité du rayonnement lumineux. 25 • Des paramètres liés à l'environnement immédiat de l'emplacement (présence de montagnes, d'arbres, susceptibles d'engendrer de l'ombre au niveau de l'emplacement). Ces paramètres conduisent habituellement à réduire la durée de l'éclairement et/ou de son intensité. • Des paramètres liés à la météorologie. Ces données permettent notamment 30 de déterminer des courbes d'ensoleillement et de température d'une zone dans laquelle se trouve situé ledit emplacement. 1 • Des paramètres concernant l'emplacement lui-même et, en particulier, son orientation et l'angle d'incidence des rayons lumineux venant le frapper. En vue de déterminer la potentialité d'un site à produire une énergie utilisable à partir du rayonnement solaire, on a proposé différentes solutions consistant à exploiter certains de ces paramètres et, en particulier, les données météorologiques délivrées par les services météorologiques nationaux. Néanmoins, il s'avère qu'aucun de ces paramètres ne permet à lui seul d'obtenir 10 une information suffisante pour déterminer les potentialités réelles d'un site. En particulier, les données météorologiques nationales ne prennent pas en compte notamment : 15 des ombres portées éventuelles, la température spécifique du site (vallée humide, plateau très sec, courants d'air, présence de rosée), l'impact de l'orientation et de l'inclinaison des panneaux qui ne peuvent être estimées qu'au moyen d'abaques, 20 l'apport spécifique de la neige et de l'eau. L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ce problème. A cet effet, elle propose un procédé comportant les phases opératoires 25 suivantes : - une phase de mesure préalable pendant une période de temps de référence prédéterminée, cette phase de mesure comprenant la détermination des variations dans le temps de divers paramètres dont au moins l'énergie 30 produite par un convertisseur solaire unitaire, photovoltaïque ou thermique, de petite taille disposé dans des conditions (emplacement, orientation ...) similaires à celles de l'installation que l'on envisage d'utiliser, ces paramètres comprenant notamment la température ambiante, l'intensité lumineuse ..., un relevé des paramètres homologues obtenus à partir de données météorologiques pendant ladite période de temps de référence, l'établissement d'une table de correspondance ou d'une fonction de transfert entre les susdits paramètres homologues et les quantités d'énergie produites par le convertisseur, l'application de la table de correspondance ainsi élaborée à des données météorologiques statistiques et/ou prévisionnelles, sur une période de temps plus grande que la période de référence, (par exemple une période de un an) de manière à obtenir une estimation de la production (annuelle) du convertisseur capteur solaire et, par extrapolation, celle de l'installation que l'on envisage de réaliser. L'invention se prête particulièrement bien, mais non exclusivement, à l'évaluation de la production énergétique de capteurs photovoltaïques ou thermiques placés en toiture ou en façade d'une maison. Elle permet notamment à des particuliers ou à des installateurs de systèmes solaires d'obtenir de nombreuses informations utiles avant même de réaliser une installation de production d'énergie, ces informations pouvant consister en : la mesure de la puissance reçue sur une durée prédéterminée, la détermination des équipements techniques les plus appropriés en fonction de l'insolation, la définition du type de montage (série/parallèle) pour les générateurs photovoltaïques, le plus adapté en fonction de l'ensoleillement, 30 la détermination du retour sur investissement de l'installation, -4 la détermination de l'orientation la plus appropriée de l'installation sur le site. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non 5 limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est un schéma synoptique d'un équipement de mesure et d'évaluation servant à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; 10 La figure 2 est une représentation schématique montrant un mode d'implantation des différents éléments de l'équipement au niveau d'un pavillon d'habitation et de son environnement. Dans l'exemple représenté sur ces dessins, l'équipement fait intervenir une 15 unité centrale 1 disposée par exemple dans une pièce du pavillon 2 et connectée au réseau Internet 3 (par exemple via le réseau téléphonique). Cette unité centrale 1 communique avec des unités locales de mesure U1, U2, Uä disposées en des emplacements du pavillon 2 et de son environnement susceptibles de recevoir les installations de production d'énergie (par exemple 20 de l'énergie électrique ou calorifique) à partir du rayonnement solaire. Cette communication peut s'effectuer par des liaisons filaires (par exemple USB) ou par des liaisons radio par exemple de type Wifi. Dans cet exemple, on a représenté trois unités locales dont deux U1, U2 sont 25 disposées sur deux versants d'orientations différentes de la toiture et une troisième Un disposée sur le sol, à proximité du pavillon 2. Chaque unité locale U,, U2, Un comprend un convertisseur unitaire 4 destiné à convertir le rayonnement lumineux en une énergie électrique (ou en une énergie calorifique) qui est mesurée par un détecteur, un capteur de température 30 ambiante 5, et un capteur d'intensité lumineuse 6 (qui peut éventuellement être intégré au convertisseur unitaire 4). -5 Bien entendu, l'invention ne se limite pas à ces seuls capteurs et aux mesures correspondantes. En effet, les unités locales U1, U2, U,, pourront prendre en compte et mesurer des paramètres complémentaires tels que, par exemple, la pression atmosphérique, des données anémométriques, des taux d'humidité, des données altimétriques, etc. Les informations délivrées par le convertisseur 4 et les capteurs 5, 6 sont enregistrées en temps réel dans un boîtier d'enregistrement B, puis sont transmises périodiquement après traitement éventuel à l'unité centrale 1 qui les stocke en mémoire (blocs 8, 9, 10) et qui établit, pour au moins un capteur, une table de correspondance TC définissant une relation entre l'énergie (électrique ou calorifique) P délivrée par le convertisseur 4 et les informations T, I (température, intensité ...) délivrées par les capteurs 5, 6. Cette table TC pourra par exemple établir pour chaque unité locale Ul, U2, Un une correspondance entre l'énergie délivrée chaque jour par le capteur, et le niveau d'éclairement moyen du capteur sur la période d'éclairement (étant entendu que la durée d'éclairement journalière varie tout au long de l'année). La phase de mesures effectuées par les unités locales est poursuivie pendant une période suffisante pour obtenir des informations statistiquement acceptables. Cette période peut être très inférieure à la période de référence (en général de un an) servant pour le calcul du retour sur investissement. Elle pourra, par exemple, être de l'ordre d'une dizaine de jours. Il est clair que plus cette période est longue, plus la précision des résultats obtenus sera élevée. Par ailleurs, grâce à sa connexion sur le réseau Internet 3, l'unité centrale 1 peut se connecter sur des sites S permettant de fournir des données météorologiques relativement précises sur la zone géographique dans laquelle se trouve le pavillon d'habitation. En particulier, ces données météorologiques peuvent comprendre, d'une part, des données fournies en temps réel (au jour le -6 jour) et, d'autre part, des données statistiques sur une période écoulée (par exemple par années écoulées). D'une façon plus précise, dans un premier temps, l'unité centrale 1 relève au jour le jour les données P, T, I relevées par les convertisseurs 4 et par les capteurs 5, 6 et compare les données T, I délivrées par les capteurs 5, 6 avec les données correspondantes T*, I* fournies par les services météo via Internet. Il établit une table de correspondance entre les données T*, I* météorologiques avec les données relevées T, I de manière à pourvoir obtenir une relation entre l'énergie P relevée par le convertisseur et les données météorologiques T*, I*. En possession de cette relation, l'unité centrale 1 peut utiliser les données statistiques météorologiques TS, IS sur une période déterminée pour estimer la 15 production d'énergie ET par le capteur unitaire au cours de cette période. En fonction de cette production, l'installateur sera à même de définir les installations nécessaires pour satisfaire aux besoins énergétiques et pour calculer le taux de rentabilité de cet équipement. Bien entendu, l'unité centrale 1 est équipée d'une interface homme/machine 11 de type classique pouvant consister en un terminal clavier/écran. Grâce aux dispositions précédemment décrites, l'invention permet d'utiliser, 25 par exemple, les informations délivrées par les services de météorologie par exemple nationaux ou régionaux et ce, malgré l'imprécision de ces informations qui ne tiennent généralement pas compte : des ombres portées éventuelles, 30 - de la température spécifique du site (vallée humide, plateau très sec ...), 20 de l'impact de l'orientation et de l'inclinaison des panneaux qui ne peuvent être qu'estimées au moyen d'abaques, des perturbations engendrées spécifiquement par la neige et par l'eau, de la réflexion du rayonnement lumineux sur une surface réfléchissante (par 5 exemple un plan d'eau, de la neige, etc.) qui augmente la capacité d'un système à produire de l'énergie (ensoleillement diffus), de la température extérieure qui modifie le rendement des panneaux thermiques et photovoltaïques. 10 Bien entendu, l'opérateur devra prendre en compte les pertes du système en aval des panneaux de transformation de l'énergie solaire en énergie utilisable. Il pourra notamment introduire dans le calcul de rentabilité un second facteur correctif de la puissance produite afin de déterminer correctement la perte de puissance d'une installation complète installée sur un site donné et ce, 15 particulièrement dans le cas d'un raccordement au réseau électrique. L'invention permet de résoudre d'une façon particulièrement efficace les problèmes d'un particulier qui envisage d'acquérir une installation solaire, photovoltaïque et/ou thermique et qui souhaite s'assurer de l'efficacité de ce 20 système avec une optimisation du positionnement de cette installation sur ses bâtiments. La mise en place des unités locales aux emplacements souhaités s'effectue aisément (en raison de leurs faibles dimensions). 25 La connexion des unités locales à l'unité centrale s'effectue spontanément dans le cas d'une liaison radio (Wifi). L'unité centrale peut consister en un ordinateur personnel raccordé de façon classique au réseau Internet et équipé d'une carte (Wifi). Cet ordinateur personnel devra inclure un programme de 30 traitement des données provenant des unités locales et des données météorologiques reçues par l'intermédiaire du réseau Internet. Ce programme pourra comprendre un outil de calcul capte à déterminer le retour sur investissement de l'installation envisagée. Bien entendu, l'opérateur pourra effectuer des tests en des lieux différents de 5 manière à déterminer les emplacements les mieux exposés et susceptibles d'obtenir les meilleurs rendements. Avantageusement, le procédé précédemment décrit permet notamment : 10 de rassurer les particuliers et de leur permettre de mieux maîtriser le retour sur investissement de l'installation qu'ils envisagent d'acquérir, de donner aux professionnels des outils facilitant leurs démarches auprès des particuliers ou des collectivités dans le cadre de la GRS (Garantie de Rendement Solaire). Revendications 1. Procédé pour la détermination de l'aptitude d'un emplacement à recevoir une installation de production d'énergie à partir du rayonnement 5 solaire, caractérisé en ce qu'il comprend : - une phase de mesure préalable pendant une période de temps de référence prédéterminée, cette phase de mesure comprenant la détermination des 10 variations dans le temps de divers paramètres dont au moins l'énergie (P) produite par un convertisseur solaire, photovoltaïque ou thermique, de petite taille disposé dans des conditions (emplacement, orientation ...) similaires à celles de l'installation que l'on envisage d'utiliser, la température ambiante (T), l'intensité lumineuse (I), 15 un relevé des données météorologiques pendant ladite période de temps de référence, l'établissement d'une table de correspondance (TC) ou d'une fonction de transfert entre les données météorologiques et les quantités d'énergie produites par le convertisseur, 20 l'application de la table de correspondance (TC) ainsi élaborée à des données météorologiques statistiques et/ou prévisionnelles, sur une période de temps plus grande que la période de référence, (par exemple une période de un an) de manière à obtenir une estimation de la production (annuelle) du convertisseur solaire et, par extrapolation, celle de l'installation que l'on 25 envisage de réaliser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de mesure préalable fait intervenir plusieurs unités locales (U1, U2, Un) comportant chacune un convertisseur unitaire (4) 30 destiné à convertir le rayonnement lumineux en une énergie mesurée par un 9- 10 - détecteur, ainsi qu'au moins un capteur de température ambiante (5) et un capteur d'intensité lumineuse (6). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la susdite unité locale (Ul, U2, Un) effectue la mesure de paramètres relatifs à la pression atmosphérique, des données anémométriques, des taux d'humidité, et/ou des données altimétriques. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les informations délivrées par les unités locales sont transmises à l'unité centrale (1) qui établit, pour au moins un capteur (5, 6), une relation entre les informations délivrées par ce capteur (5, 6) et l'énergie délivrée par le convertisseur (4) ainsi qu'une relation entre l'information délivrée par le capteur ( 5, 6) et une information correspondante délivrée par les services météorologiques de manière à associer à une ou plusieurs données météorologiques une quantité d'énergie produite par le convertisseur et à pouvoir ainsi calculer la production d'énergie du convertisseur à partir des données météorologiques. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité centrale est programmée de manière à calculer la production d'une installation à partir des quantités d'énergie produites par le convertisseur, et à en déduire un taux de rentabilité de l'installation envisagée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le calcul de rentabilité prend en compte un facteur correctif de la puissance produite représentatif de la perte de puissance de l'installation complète.-11- 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la communication entre les unités locales et l'unité centrale s'effectue par radio. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une unité locale (U1, U2, Un) destinée à être installée sur site et comportant au moins un convertisseur unitaire (4) comportant des moyens de transformation de l'énergie solaire en une énergie utilisable et des moyens de mesure de cette énergie utilisable, ainsi qu'au moins un capteur de température ambiante (5) et un capteur de détection de l'intensité lumineuse (6), et une unité centrale (1) en communication avec l'unité locale (U1, U2, Uä) et connectée au réseau Internet (3) de manière à pouvoir accéder à des informations météorologiques, cette unité centrale (1) comprenant des moyens permettant de comparer les données relevées par au moins un capteur (5, 6) aux données météorologiques et à établir une table de correspondance entre ces données météorologiques et les quantités d'énergie produites par le convertisseur (4).