Brevet FR2929346A1 — publié le 20091002

-1- L'invention concerne un système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique. Tout générateur électrique peut fournir, à une tension donnée, un courant dont l'intensité maximale peut être déterminée. Si un récepteur électrique, branché en série aux bornes du générateur, absorbe un courant d'une intensité supérieure, la tension du générateur baisse sensiblement. Il en va de même si un moteur électrique utilise un générateur photovoltaïque à sa puissance maximale. Mais dans ce cas, dés que le moteur électrique absorbe un courant d'une intensité légèrement supérieure, la baisse de tension du générateur photovoltaïque est tellement importante, que la puissance transmise au moteur s'effondre et le moteur s'arrête. Pour prévenir ce premier problème, une première solution est de 15 choisir un moteur, une transmission mécanique et un rapport de transmission tels que le moteur n'absorbe jamais un courant d'une intensité supérieure à celle disponible au générateur photovoltaïque. Dans ce cas, la puissance du générateur photovoltaïque n'est jamais exploitée complètement. 20 Une seconde solution est d'utiliser une batterie en secours. Cette batterie peut ainsi, alimenter le moteur électrique quand celui-ci absorbe un courant d'une intensité supérieure à celle que le générateur photovoltaïque peut fournir, et se recharger quand le moteur absorbe un courant d'une intensité inférieure à celle que le générateur photovoltaïque peut fournir. 25 Mais lors de ces deux phases, de charge et de décharge de la batterie, celle-ci s'échauffe, et de l'énergie est perdue. Une troisième solution est de gérer la commande du moteur par une électronique qui ajuste la puissance absorbée du moteur pour profiter de la puissance maximale du générateur photovoltaïque. Dans ce cas, 30 l'électronique se complexifie considérablement. Pour illustrer d'autres problèmes, le système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique peut être utilisé sur un véhicule. Un véhicule qui utilise un générateur photovoltaïque sera appelé par la suite, pour simplifier, véhicule solaire. -2- La puissance disponible d'un générateur photovoltaïque est proportionnelle à sa surface. Dans le cas d'un véhicule solaire, cette surface étant limitée à la surface du véhicule, la puissance disponible pour motoriser le véhicule, est limitée. De plus, Les conditions météorologiques influent considérablement sur la puissance disponible. Par exemple, un nuage passant devant le soleil diminue sensiblement cette puissance. Ce qui constitue un second problème. Un véhicule solaire doit pouvoir monter une côte. A l'abord d'une côte, le couple nécessaire sur la ou les roues motrices augmente considérablement. Ce couple doit pouvoir être adapté à toutes les conditions que rencontre le véhicule solaire. Ce qui constitue un troisième problème. Par conséquent, il existe au moins trois problèmes à résoudre pour transformer de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en 15 énergie mécanique, en utilisant la puissance maximale disponible du générateur photovoltaïque, sans stocker l'énergie : • Le moteur ne doit pas absorber une puissance supérieure à celle disponible au générateur photovoltaïque. • La puissance disponible est très fluctuante. 20 • Le couple résistant, en sortie de transmission mécanique, peut varier considérablement. Le système, selon l'invention, permet de résoudre les trois problèmes énoncés ci-dessus, tout en utilisant la puissance maximale du générateur 25 photovoltaïque, sans mettre en œuvre une électronique complexe. Ce système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique est du type comprenant un générateur photovoltaïque, un moteur électrique, une transmission mécanique. Le 30 quotient, de la vitesse de rotation en sortie de la transmission mécanique, sur la vitesse de rotation en entrée de transmission mécanique, sera appelé par la suite, pour simplifier, le rapport de transmission. Ce rapport de transmission est variable et contrôlable par un actionneur. Selon l'invention, ce système de transformation de l'énergie électrique d'un -3- générateur photovoltaïque en énergie mécanique est caractérisé en ce qu'un dispositif de régulation, ayant pour consigne la tension du générateur photovoltaïque correspondante à la puissance maximale du générateur, agit sur le rapport de transmission pour obtenir et respecter cette consigne. La puissance maximale du générateur photovoltaïque correspond à une plage réduite de tension du générateur photovoltaïque. Cette plage sera appelée par la suite, pour simplifier, la plage de puissance maximale. Pendant l'utilisation du système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique : • Si la tension du générateur photovoltaïque appartient à la plage de puissance maximale, le système est utilisé à la puissance maximale du générateur photovoltaïque. Le dispositif, selon l'invention, ne change pas le rapport de transmission. • Si la tension du générateur photovoltaïque est supérieure à la plage de puissance maximale, le dispositif, selon l'invention, augmente le rapport de transmission. Ce qui a pour effet d'augmenter le couple résistant du moteur électrique, et ainsi d'augmenter le courant absorbé par le moteur, et enfin d'augmenter la puissance utilisée du générateur photovoltaïque, jusqu'à ce que la tension du générateur photovoltaïque appartienne à nouveau à la plage de puissance maximale. • Si la tension du générateur photovoltaïque est inférieure à la plage de puissance maximale, le dispositif, selon l'invention, diminue le rapport de transmission. Ce qui a pour effet de diminuer le couple résistant du moteur électrique, et ainsi de diminuer le courant absorbé par le moteur, et enfin de diminuer la puissance utilisée du générateur photovoltaïque, jusqu'à ce que la tension du générateur photovoltaïque appartienne à nouveau à la plage de puissance maximale. Le moteur électrique peut être un moteur à courant continu. -4- Le moteur électrique peut être commandé par l'intermédiaire d'une électronique de commande. La transmission mécanique peut être un variateur de vitesse à courroie dont le rapport de transmission est contrôlable par un actionneur, elle peut être aussi une boite de vitesse séquentielle dont le rapport de transmission est contrôlable par un actionneur. Le dispositif de régulation peut être du type tout ou rien, il peut être aussi du type Proportionnel Intégral Dérivé. Ce dispositif de régulation peut être étendu à d'autres modes de fonctionnement. Un accumulateur électrique peut être ajouté pour stocker momentanément l'énergie électrique supérieure au besoin. L'invention sera mieux comprise à la lecture d'un mode de réalisation simplifiée de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. 15 La description se réfère aux dessins annexés : • La figure 1 montre schématiquement, le système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique. • La figure 2 est un diagramme montrant la puissance d'un 20 générateur photovoltaïque en fonction de la tension, et plus particulièrement les trois plages de tension référencées (a)., (b et (c) : (a) la plage de puissance maximale. G (b) la plage où la tension est inférieure à la plage de 25 puissance maximale. 0 (c) la plage où la tension est supérieure à la plage de puissance maximale. Le mode de :réalisation simplifiée de l'invention, montré en figure 1, 30 est du type comprenant un générateur photovoltaïque (1), un moteur électrique à courant continu (2), un variateur de vitesse à courroie (3) dont le rapport de transmission est commandé, par l'intermédiaire d'un actionneur, par un dispositif de régulation tout ou rien (4). Le moteur (2) -5- est directement branché sur le générateur (1). L'entrée du variateur de vitesse (3) est fixée sur l'axe en sortie moteur (2). Le dispositif (4) conserve le rapport de transmission si la tension du générateur photovoltaïque appartient à la plage de puissance maximale (a). Le dispositif (4) augmente le rapport de transmission si la tension du générateur photovoltaïque appartient à la plage (c), plage de tension supérieure à la plage de puissance maximale. Le dispositif (4) diminue le rapport de transmission si la tension du générateur photovoltaïque appartient à la plage (b), plage de tension inférieure à la plage de puissance maximale. A titre d'exemple, un système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique peut être monté sur un véhicule. Cette solution répond parfaitement à la préoccupation actuelle de réduction des gaz à effet de serre de la planète. Dans cet exemple, la surface du générateur photovoltaïque étant limitée, la puissance du générateur photovoltaïque est limitée. Dans ce cas, l'invention est particulièrement adaptée pour maximiser la puissance du véhicule.20 REVENDICATIONS1) Système de transformation de l'énergie électrique d'un générateur photovoltaïque en énergie mécanique, du type comprenant un générateur photovoltaïque (1), un moteur électrique (2), une transmission mécanique (3) à rapport variable et contrôlable par un actionneur, caractérisé en ce qu'un dispositif de régulation (4), ayant pour consigne la tension du générateur photovoltaïque correspondante à la puissance maximale du générateur, agit sur le rapport de transmission pour obtenir et respecter cette consigne. 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (2) est un moteur à courant continu. 3) Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur électrique (2) est commandé par l'intermédiaire d'une électronique 15 de commande. 4) Système ,selon la revendication 1. 2 ou 3, caractérisé en ce que la transmission mécanique (3) est un variateur de vitesse à courroie dont le rapport de transmission est contrôlable par un actionneur. 5) Système selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la 20 transmission mécanique (3) est une boite de vitesse séquentielle dont le rapport de transmission est contrôlable par un actionneur. 6) Système selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que le dispositif de régulation (4) est du type tout ou rien. 7) Système selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce 25 que le dispositif de régulation (4) est du type Proportionnel Intégral Dérivé. 8) Système selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé er ce que le dispositif de régulation (4) est étendu à d'autres modes de fonctionnement. 30 9) Système selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un accumulateur électrique est ajouté pour stocker momentanément l'énergie électrique supérieure au besoin.