Brevet FR2941574A1 — publié le 20100730

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la production d'énergie électrique, à partir de l'énergie solaire et a pour objet un dispositif de production d'énergie électrique par panneau solaire photovoltaïque, destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation. On sait que les panneaux solaires photovoltaïques, qui convertissent la lumière du soleil en électricité, constituent les composants de base de nombreux dispositifs de production d'énergie électrique dans des applications variées et adaptées au courant continu fourni par lesdits panneaux. Or, pour des applications dans le domaine de l'habitation, de tels panneaux, qui produisent du courant continu, doivent être raccordés électriquement à des onduleurs pour transformer le courant continu en courant alternatif adapté à la plupart des appareils domestiques. Toutefois, la production d'énergie électrique à partir de panneaux photovoltaïques est maximale dans la journée avec un bon ensoleillement, ce qui ne correspond pas à la période de consommation maximale, la nuit, où la production d'énergie électrique est nulle. En outre, la production d'énergie électrique est irrégulière du fait des variations de l'ensoleillement et donc de mauvaise qualité. Par ailleurs, la puissance maximale instantanée obtenue avec de tels panneaux est souvent inférieure à la consommation instantanée de certains appareils électroménagers. Enfin, le coût de l'investissement des panneaux solaires photovoltaïques dépend fortement de la puissance maximale instantanée à installer, ce qui rend l'énergie électrique produite nettement plus chère que celle fournie par le réseau de distribution électrique. En ce qui concerne le problème du coût de l'investissement, la solution actuelle consiste, plutôt que d'utiliser l'énergie électrique produite pour sa propre consommation, à vendre ladite énergie aux compagnies d'électricité qui la réinjectent, après traitement, dans le réseau de distribution électrique. Cependant, cette solution ne permet pas de résoudre les autres problèmes évoqués précédemment et ne permet pas de résoudre, notamment, le problème d'une habitation isolée qui ne peut être reliée électriquement sur le réseau de distribution électrique ou avec un coût prohibitif. Une solution pourrait consister à utiliser des batteries électriques pour stocker l'énergie électrique provenant des panneaux photovoltaïques de manière à pouvoir la restituer pendant les heures où l'ensoleillement est réduit voire nulle. Toutefois, les batteries classiques ne permettent pas un stockage de l'énergie électrique à une tension élevée, directement utilisable, notamment, par les installations domestiques. En outre, d'une part, ces batteries ont une durée de vie réduite et doivent être changées régulièrement et, d'autre part, le coût de leur recyclage est élevé et la raréfaction des matières premières nécessaires à leur fabrication augmente fortement leur coût. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de production d'énergie électrique qui peut être directement utilisé sur le lieu de production, et notamment au sein d'une habitation, plus particulièrement isolée, sans nécessité de repasser par le réseau de distribution électrique. A cet effet, la présente invention, qui a pour objet un dispositif de production et de stockage d'énergie électrique destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation, est du type comprenant un module de panneau solaire photovoltaïque et se caractérise essentiellement en ce ledit module est relié électriquement à un module d'accumulateur hydraulique apte, d'une part, à stocker en continu et sur une durée prolongée de l'énergie hydraulique au fur et à mesure de la production d'énergie électrique par le module de panneau solaire photovoltaïque et, d'autre part, en fonction desdits besoins de consommation d'énergie électrique, à fournir une énergie hydraulique adaptée pour alimenter un module électrogène hydraulique susceptible de délivrer une énergie électrique de substitution à celle du réseau de distribution électrique. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé qui représente un schéma bloc du dispositif selon la présente invention. On peut voir sur la figure que le dispositif de production et de stockage d'énergie électrique, selon la présente invention, destiné plus -3- particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation, est du type comprenant un module de panneau solaire photovoltaïque 1 qui peut comprendre plusieurs panneaux solaires photovoltaïques. De manière caractéristique, le module de panneau solaire photovoltaïque 1 est relié électriquement à un module d'accumulateur hydraulique 2 apte, d'une part, à stocker en continu et sur une durée prolongée de l'énergie hydraulique à partir de l'énergie électrique produite par le module de panneau solaire photovoltaïque 1 et, d'autre part, en fonction desdits besoins de consommation d'énergie électrique, à fournir une énergie hydraulique adaptée pour alimenter un module électrogène hydraulique 3 susceptible de délivrer une énergie électrique de substitution 3' à celle du réseau de distribution électrique. Dans un mode de réalisation selon la présente invention, le module d'accumulateur hydraulique 2 comprend au moins un accumulateur hydraulique 4, au moins un réservoir hydraulique 5 à pression atmosphérique et une unité de groupe motopompe hydraulique 6 fonctionnant grâce à l'énergie électrique produite par le module de panneau solaire photovoltaïque 1. Conformément à la présente invention, l'unité de groupe motopompe hydraulique 6 est prévue pour prélever le fluide contenu dans ledit réservoir 5 et pour le fournir audit accumulateur 4, ceci en continu au fur et à mesure de ladite production d'énergie électrique. Le fluide est stockée dans l'accumulateur 4 à une pression supérieure à celle où il est contenu dans le réservoir hydraulique 5 et est stockée plus particulièrement dans ledit accumulateur 4 à haute pression de manière à pouvoir alimenter le module électrogène hydraulique 3 en vue de son fonctionnement. L'unité de groupe motopompe hydraulique 6 pourra consister en un groupe motopompe hydraulique haute pression à moteur à courant continu. Le module électrogène hydraulique 3 peut comprendre un moteur hydraulique 7 alimenté en énergie hydraulique par le module d'accumulateur hydraulique 2 et un générateur 8 transformant l'énergie mécanique en énergie électrique. Le moteur hydraulique 7 est avantageusement régulé, notamment en fonction des besoins de consommation d'énergie électrique, de manière à fournir en sortie dudit générateur 8 une énergie électrique de substitution 3' à celle du réseau de distribution électrique et, plus particulièrement, un courant électrique stable en fréquence et en tension, avec une intensité adaptée auxdits besoins. Une telle énergie électrique de substitution 3' correspondra par 5 exemple à un courant alternatif avec une tension stable de 220 Volts et une fréquence de 50 Hertz répondant aux normes européennes. De préférence, le moteur hydraulique 7 sera un moteur hydraulique à cylindré variable asservi en vitesse. L'accumulateur hydraulique 4 pourra être, par exemple, un 10 accumulateur à piston ou à membrane ou encore un réservoir, pressurisé à l'azote, et sera avantageusement d'une capacité élevée et fonctionnant à haute pression. En outre, un tel accumulateur 4 pourra avantageusement être constitué de plusieurs accumulateurs 4 montés fonctionnellement en 15 parallèle. D'autre part, la puissance hydraulique stockée pourra être aisément augmentée par la simple adjonction d'un ou de plusieurs réservoir hydrauliques 5 supplémentaires. Enfin, le fluide est de préférence une substance liquide à la 20 température ordinaire telle que de l'huile mais d'autres fluides incompressibles peuvent également être utilisés. Le dispositif selon la présente invention combine donc trois fonctions liées à la production d'énergie électrique à partir d'un module de panneau solaire photovoltaïque, à savoir : 25 - une transformation d'une énergie électrique provenant du module de panneau solaire photovoltaïque et correspondant à un courant électrique continu basse tension en une énergie électrique de substitution à celle du réseau électrique de distribution correspondant à un courant électrique alternatif moyenne tension, 30 - un stockage énergétique de longue durée avec une durée de vie d'au moins trente ans, et - un lissage de la production photovoltaïque et une augmentation de la puissance crête disponible. Le fonctionnement du dispositif selon la présente invention 35 pourra être le suivant : le module de panneau solaire photovoltaïque 1 produit du courant basse tension continu qui alimente électriquement l'unité de groupe motopompe hydraulique 6, laquelle transfert du fluide du -5- réservoir hydraulique 5 à pression atmosphérique jusqu'à l'accumulateur hydraulique 4, où ledit fluide est stocké à haute pression. Ce transfert est réalisé en continu au fur et à mesure de la production d'énergie solaire, c'est-à-dire en fonction du taux d'ensoleillement, sans tenir compte des besoins énergétiques en aval. Le cas échéant, le module électrogène hydraulique 3 est commandé pour utiliser le fluide stocké dans l'accumulateur 4 pour faire fonctionner le moteur hydraulique 7 dudit module et produire en sortie de ce dernier l'énergie électrique demandée afin de répondre aux besoins énergétiques. Ainsi, le dispositif selon la présente invention offre les avantages suivants par rapport aux dispositifs actuels : - une production électrique qui ne dépend pas de la production solaire instantanée et qui peut être effective la nuit, - la puissance maximale utilisable peut être supérieure à la puissance crête installée au niveau du module de panneau solaire, - la génération de courant est effectuée avec un courant régulé de bonne qualité, - il ne nécessite pas l'utilisation d'un onduleur, - la puissance stockée peut permettre à une habitation 20 individuelle de fonctionner de façon autonome sans avoir besoin d'être raccordée au réseau, - il ne présente pas d'usure mécanique et a une très longue durée de vie, - le retraitement du dispositif en fin de vie est aisé et peu 25 coûteux, - le dispositif peut se décharger à 100% sans incidence sur la durée de vie. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications 30 restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. A ce titre, le dispositif selon la présente invention qui est destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation 35 d'énergie électrique dans une habitation, et notamment une habitation isolée qui ne peut être raccordée au réseau ou avec un coût d'investissement élevé, peut également convenir à d'autres lieux de consommation d'énergie -6- électrique que le réseau de distribution ne dessert pas tels que, par exemple, des chantiers ou qui peuvent être amenés à subir des coupures d'alimentation électrique avec des conséquences graves tels que, par exemple, les hôpitaux, les industries ou les centres informatiques. REVENDICATIONS1) Dispositif de production et de stockage d'énergie électrique destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation, du type comprenant un module de panneau solaire photovoltaïque (1) caractérisé en ce que ledit module (1) est relié électriquement à un module d'accumulateur hydraulique (2) apte, d'une part, à stocker en continu et sur une durée prolongée, de l'énergie hydraulique au fur et à mesure de la production d'énergie électrique par le module de panneau solaire photovoltaïque (1) et, d'autre part, en fonction desdits besoins de consommation d'énergie électrique, à fournir une énergie hydraulique adaptée pour alimenter un module électrogène hydraulique (3) susceptible de délivrer une énergie électrique de substitution (3') à celle du réseau de distribution électrique. 2) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d'accumulateur hydraulique (2) comprend au moins un accumulateur hydraulique (4), au moins un réservoir hydraulique (5) à pression atmosphérique et une unité de groupe motopompe hydraulique (6), fonctionnant grâce à l'énergie électrique produite par le module de panneau solaire photovoltaïque (1), prévue pour prélever le fluide contenu dans ledit réservoir (5) et pour le fournir audit accumulateur (4) à une pression supérieure à celle où il est contenu dans ledit réservoir (5), ceci en continu et au fur et à mesure de ladite production d'énergie électrique. 3) Dispositif, selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le module électrogène hydraulique (3) comprend un moteur hydraulique (7) alimenté en énergie hydraulique par le module d'accumulateur hydraulique (2) et un générateur (8) apte à transformer l'énergie mécanique en énergie électrique de substitution (3') à celle du réseau de distribution électrique. 4) Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur hydraulique (7) est régulé de manière à fournir en sortie du générateur (8) un courant électrique stable en fréquence et en tension, avec une intensité adaptée auxdits besoins. 5) Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur hydraulique (7) est un moteur hydraulique à cylindré variable asservi en vitesse.-8- 6) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'accumulateur hydraulique (4) est un accumulateur à piston ou à membrane, ou un réservoir pressurisé à l'azote. 7) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 5 caractérisé en ce que l'accumulateur (4) est un accumulateur à haute pression. 8) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'accumulateur (4) consiste en un ensemble de plusieurs accumulateurs (4) montés fonctionnellement en parallèle. 10 9) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'unité de groupe motopompe hydraulique (6) consiste en un groupe motopompe hydraulique haute pression à moteur à courant continu. 10) Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, 15 caractérisé en ce que en ce que le fluide est une substance liquide à la température ordinaire telle que de l'huile.