Brevet FR2940865A1 — publié le 20100709

PROCEDE ET SYSTEME DE TRANSMISSION DE L'ENERGIE ELECTRIQUE Description Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine du transport de l'énergie et plus précisément un procédé et un système de transmission de l'énergie électrique produite par des dispositifs répartis de faible puissance, tels que les dispositifs photovoltaïques ou éoliens. Etat de l'art De nos jours, l'usage des panneaux solaires, afin de profiter de l'énergie solaire, est très répandu. En effet, une installation de panneaux solaires 15 permet de capter l'énergie solaire et d'obtenir ainsi une alternative à la fourniture d'énergie électrique. Ces panneaux sont constitués de cellules nommées cellules solaires ou cellules photovoltaïques. De manière générale, ces cellules photovoltaïques sont situées sur les toitures ou sur les façades extérieures de bâtiments afin d'optimiser la réception des 20 rayons solaires. Le principe de telles cellules est de transformer l'énergie solaire reçue en énergie électrique. Cette conversion est inhérente à la constitution de la cellule photovoltaïque. Ainsi, l'énergie électrique peut être directement utilisée ou acheminée jusqu'à un lieu de stockage ou de transformation spécifique de l'énergie électrique. 25 Afin de permettre une rentabilité optimale, les panneaux solaires sont concentrés sur des sites ayant des surfaces de l'ordre de plusieurs 10 hectares. Dans un tel contexte, la distance entre le lieu de captation de l'énergie solaire, c'est-à-dire un panneau solaire déterminé, et le lieu de stockage ou de transformation de l'énergie électrique obtenue, peut atteindre plusieurs centaines de mètres, voire plusieurs kilomètres. Le principal objectif est d'acheminer l'énergie électrique obtenue avec un minimum de pertes depuis le lieu de conversion jusqu'au lieu de stockage ou de transformation de l'énergie électrique obtenue. De manière générale, pour éviter de telles pertes d'énergie, la tension électrique obtenue après captation de l'énergie solaire est élevée avant son transport entre le lieu de captation et le lieu de stockage ou d'utilisation. La tension électrique ainsi élevée atteint des valeurs de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers de volts. Cependant, sur certains sites, de tels niveaux de tension électrique ne sont ni acceptables ni utilisables, eu égard aux normes associées à ces sites ou à la dangerosité de tels niveaux de tension électrique. Par exemple, aux abords des aérodromes existent des zones particulières dites zones de servitude, ou zones de frangibilité. Les zones de frangibilité possèdent une surface de l'ordre de plusieurs dizaines d'hectares. Ces zones de frangibilité comprennent uniquement des équipements frangibles c'est à dire susceptibles d'être facilement détruits et déconnectés lors d'un choc, tel qu'un choc avec un avion par exemple. Dans la mesure où les panneaux solaires sont facilement destructibles, ces zones de frangibilité sont susceptibles d'accueillir des panneaux solaires. Cependant, la transmission de l'énergie électrique développée au niveau des panneaux solaires pose un problème. En effet, la mise en oeuvre de la réglementation aéronautique et des normes afférentes rend difficile l'utilisation de tensions de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers de volts aux abords des aérodromes, malgré l'usage d'équipements frangibles et déconnectables. Ainsi, à l'heure actuelle, la transmission de l'énergie photovoltaïque sur des grandes zones ainsi réglementées ne peut mettre en oeuvre l'élévation classique de la tension électrique précédemment évoquée. Par conséquent, la transmission de l'énergie photovoltaïque sur de telles zones réglementées a lieu sans élévation de tension. Un tel mode de transmission engendre d'importantes pertes d'énergie et utilise d'importantes sections de câbles. Ainsi, ces pertes d'énergie ne permettent pas d'utiliser efficacement les espaces libres de l'ordre de plusieurs kilomètres de longueur au sein des aérodromes. Par conséquent, ces pertes d'énergie constituent un désavantage majeur pour l'acheminement de l'énergie électrique obtenue à partir de l'énergie solaire. Résumé de l'invention Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un système de transmission de l'énergie électrique produite par des dispositifs, tels que les dispositifs photovoltaïques, répartis sur de grandes surfaces, afin d'éviter les pertes d'énergie électrique et de limiter les dimensions des sections de câble à employer, lors de l'acheminement de l'énergie électrique sur des zones étendues et spécifiquement réglementées. L'objet de la présente invention concerne un système de transmission d'une énergie naturelle reçue par un élément de réception 100 jusque vers un point d'entrée 160 d'un réseau électrique, ledit système comprenant au moins deux ensembles E pourvu chacun d'un élément de réception 100, d'un module convertisseur 110 et d'un premier transformateur 115, caractérisé en ce que : - l'élément de réception 100 de chaque ensemble reçoit une quantité d'énergie naturelle afin que chaque ensemble E 5 10 15 20 produise une quantité d'énergie naturelle convertie proportionnelle à la quantité d'énergie naturelle reçue ; - le module convertisseur 110 de chaque ensemble E est connecté à un élément de réception 100 dans le même ensemble E pour convertir l'énergie naturelle en un courant électrique alternatif constant pour chaque ensemble E ; - le premier transformateur de courant 115 de chaque ensemble E est connecté au module convertisseur 110 afin de produire un courant électrique constant pour chaque ensemble E ; - ledit système combinant en série chaque courant électrique constant produit par chaque ensemble E afin de créer pour chaque ensemble une première boucle de courant constant 140 pour acheminer l'énergie naturelle reçue jusqu'au point d'entrée du réseau électrique 160. De manière préférentielle, un deuxième transformateur de courant 120, propre à chaque première boucle de courant constant 140, collecte le courant d'une première boucle de courant constant 140. De manière préférentielle, le système combine en série les courants collectés par chaque deuxième transformateur de courant 120 pour créer une deuxième boucle de courant constant 145 pour acheminer l'énergie naturelle reçue jusqu'au point d'entrée du réseau électrique 160. 25 Brève description des dessins Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma de raccordement du circuit général du système tel que décrit selon la présente invention ; - La figure 2 représente l'ensemble E de la figure 1 ; - la figure 3 représente le détail d'un élément de l'ensemble des cellules photovoltaïques de l'ensemble E ; - la figure 4 représente un schéma du module convertisseur tel que décrit selon la présente invention ; - la figure 5 représente un schéma du convertisseur tension courant tel que décrit selon la présente invention ; - la figure 6 représente un schéma du dispositif de protection du circuit tel que décrit selon la présente invention ; - la figure 7 représente un schéma du module convertisseur courant tension tel que décrit selon la présente invention ; - la figure 8 représente un organigramme des différentes étapes du procédé tel que décrit selon la présente invention. 525 Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 présente l'ensemble du système tel qu'implanté au sein d'un réseau électrique tel que, par exemple, un réseau déployé au sein d'un aérodrome. Les différents éléments 100 représentent chacun un ensemble de cellules photovoltaïques. Comme indiqué sur la figure 2, ces cellules sont réunies en un certain nombre de panneaux solaires 101 mis en série par des connecteurs 103. Chaque panneau 101 est rendu frangible et déconnectable par exemple selon le brevet EP08012689. Comme indiqué sur la figure 3, un dispositif 102 permet de court-circuiter chaque panneau 101 en cas de déconnexion de l'ensemble mâle/femelle du connecteur 103. Chaque élément 100 constitue une barre et peut être dimensionné de manière à produire par exemple une puissance de 200 Watts W à 7 Kilowatts kW, selon le nombre de panneaux 101 constituant la barre. Chaque élément 100 est connecté à un module convertisseur de courant 110. Le module convertisseur 110 est lui-même connecté à un transformateur 115. Comme indiqué sur la figure 4, le module convertisseur 110 comprend un convertisseur tension / courant alternatif 210, et un dispositif de protection du circuit 220. Le convertisseur 210 permet de convertir la tension électrique produite aux bornes de chaque élément 100 en un courant électrique alternatif constant, dont la valeur efficace peut être fixée préférentiellement à 6,6A. Ainsi, chaque module convertisseur 110 peut délivrer au transformateur 115 correspondant une puissance électrique à courant constant et tension variable. Comme décrit sur la figure 5, le convertisseur 210 comprend des protections d'entrée puis un filtre évitant toute réjection harmonique en amont. La tension continue ainsi obtenue est alors appliquée à un pont de transistors IGBT, dont la commande de hachage à largeur d'impulsions modulées permet d'obtenir, après filtrage, une forme d'onde de courant sinusoïdale. L'électronique de contrôle reçoit les informations de courant et tension d'entrée d'une part, de manière à adapter le transfert d'énergie des cellules vers l'aval, et les informations de courant et tension de sortie d'autre part, pour pouvoir asservir le courant de sortie à une valeur prédéterminée. Comme décrit sur la figure 6, le dispositif de protection du circuit comprend un interrupteur et un dispositif de contrôle en cas de circuit ouvert, permettant le court-circuit du générateur en cas de déconnexion de son transformateur. Comme montré sur la figure 1, l'élément 100, le module convertisseur 110 et le transformateur 115 forment l'ensemble E. L'ensemble E permet d'obtenir aux bornes du transformateur 115 un courant électrique constant sous une tension variable, dépendant de l'énergie solaire captée. Dans l'exemple décrit selon l'invention, l'ensemble E ainsi formé est multiplié un certain nombre de fois afin d'obtenir un réseau en série d'éléments 100 connectés chacun à un module convertisseur 110 et à un transformateur 115. La figure 1 représente seulement trois ensembles E. La mise en série de ces différents ensembles E ou générateurs élémentaires permet ainsi de former une première boucle primaire 140 de courant constant d'une valeur de 6,6 A. Cette valeur est normalisée dans les réseaux série aéroportuaires selon l'exemple de l'invention. La puissance de cette boucle primaire 140 sera de préférence limitée à une trentaine de Kilovoltampères kVA afin de conserver les limites normalisées de courant et de tensions. Comme indiqué sur la figure 1, le réseau série formé par une répétition des ensembles E peut être reproduit plusieurs fois. La figure 1 représente seulement 3 boucles. La répétition de ces boucles 140 permet de former un ensemble de collecte à courant constant, par exemple avec les trois boucles de courant 140, selon l'exemple de la figure 1. Chaque boucle de courant 140 ainsi produite peut être collectée avec un deuxième transformateur 120 pour chaque boucle 140. La mise en série de ces différents courants permet de créer une deuxième boucle de courant constant prenant en compte toutes les boucles de courant constant primaires 140. Ainsi, le courant électrique de chaque boucle de courant électrique primaire peut être injecté par le deuxième transformateur 120 dans la boucle 145 dite secondaire. La deuxième boucle de courant constant 145 pourra être d'une intensité supérieure à la première boucle de courant constant, tout en restant dans des valeurs également normalisée pour les réseaux série aéroportuaires par exemple. Cette deuxième boucle de courant constant 145 correspond, selon l'exemple de l'invention, à une boucle de 20A, ce qui permet d'augmenter la puissance transportée à 100kVA, en respectant la limite normalisée de tension. Ainsi, dans le système décrit selon l'invention, le transformateur 115, dont la puissance est comprise entre 200VA et 7000VA selon la composition des barres de panneaux, possède un rapport de transformation de 6,6/6,6, de manière à former la boucle primaire 140 de 6,6A. Le transformateur 120, d'une puissance préférentielle de 35kVA, possède un rapport de transformation de 6,6/20, de manière à former la boucle secondaire 145 de 20A. Le système peut ainsi être décliné en créant des boucles de courant constant primaires, elles-mêmes utilisée pour créer des boucles de courant constant secondaires. La mise en série de ces différentes boucles permet de cumuler, sur de grandes distances, les différentes énergies récoltées au niveau des éléments 100. 10 Comme décrit sur la figure 1, le courant électrique produit dans la deuxième boucle de courant 145 peut être injecté dans un module convertisseur 150, au travers d'un transformateur de courant 130. Le module convertisseur 150 permet une conversion du courant électrique en une tension électrique alternative. Cette tension électrique est ensuite 15 injectée au sein d'un point d'entrée 160 du réseau électrique de l'aérodrome ou du réseau public, selon l'exemple considéré dans la présente invention. Plusieurs ensembles 150 peuvent êtres mis en parallèle de manière à augmenter la puissance réinjectée au réseau en son point 160. 20 Comme indiqué sur la figure 7, le module 150 comprend un transformateur de courant de puissance en entrée, un dispositif de sécurité évitant que la boucle de courant secondaire ne puisse rester en � circuit ouvert �, puis un filtre évitant toute réjection harmonique en 25 amont. Le courant ainsi traité est alors appliqué à un pont de transistors IGBT, dont la commande de hachage à largeur d'impulsions modulées permet d'obtenir, après filtrage, une tension continue constante. Cette source de tension peut ensuite être convertie en tension alternative5 triphasée pour être injectée dans le réseau. L'électronique de contrôle reçoit les informations de courant et tension d'entrée d'une part, de manière à adapter le transfert d'énergie de la boucle secondaire vers l'aval, et les informations de courant et tension de sortie d'autre part, pour pouvoir asservir la tension de sortie à une valeur permettant la réinjection dans le réseau. Les bornes de sortie du module 150 sont reliées à un point d'entrée 160 du réseau électrique mentionné ci-dessus. En l'occurrence il s'agit du réseau électrique monophasé ou triphasé d'un aérodrome selon l'exemple considéré dans la présente invention. Un autre mode de réalisation du module 150 consiste à concevoir des ponts de transistors pour obtenir une conversion Courant Alternatif / Tension alternative monophasée. Trois ensembles 150 peuvent ensuite être reliés en triangle pour obtenir une injection triphasée de 300kVA. La figure 8 décrit les différentes étapes du procédé selon l'invention. Ainsi, lors d'une première étape 300, les éléments 100 réceptionnent l'énergie solaire aussitôt convertie en tension électrique selon le fonctionnement général des cellules photovoltaïques. Dans une étape 310, le convertisseur 110 convertit la tension présente aux bornes des éléments 100 en un courant électrique alternatif constant, mis en boucle par le transformateur 115. Ces deux étapes 300 et 310 se répètent en parallèle pour chaque ensemble de cellules photovoltaïques 100 reliées à un module convertisseur 110 et à un transformateur 115. Ensuite, comme indiqué dans l'étape 320, l'ensemble des courants ainsi produits est mis en série, de manière à créer une boucle de courant constant primaire 140. Cette boucle de courant 140 permet d'acheminer l'énergie initialement produite en sortie des cellules photovoltaïques jusqu'au deuxième transformateur 120, qui réalise la mise en série des boucles primaires 140. Comme indiqué dans l'étape 330, ces boucles de courant primaires 140 peuvent être mises en série pour former une autre boucle de courant constant secondaire 145, obtenue selon le système de l'invention. Selon l'étape 340, ce courant peut ensuite être prélevé par le transformateur 130 pour être converti et réinjecté dans le réseau électrique de l'aérodrome ou du réseau public par exemple. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de véhiculer l'énergie photovoltaïque obtenue en premier lieu au niveau des éléments 100 jusqu'au point de sortie du dispositif 150. Ce point de sortie correspond au point d'entrée 160 du réseau électrique considéré. Ce point d'entrée 160 du réseau peut se situer à plusieurs kilomètres de l'emplacement des éléments 100. Cette énergie photovoltaïque est transmise sous forme de courant électrique jusqu'au module 150. Le module 150 convertit le courant électrique en une tension électrique alternative mono ou triphasée utilisable au sein du réseau électrique dans lequel est implanté le dispositif selon l'invention. La puissance totale ainsi fournie par le dispositif selon l'invention est de 100 kVA au minimum. Le dispositif selon l'invention permet de fournir de l'énergie électrique au réseau électrique concerné. Cette énergie électrique peut ainsi être revendue afin de créer un revenu non négligeable au gestionnaire du réseau électrique. Cette énergie peut également être stockée pour être réutilisée localement, sans réinjection au réseau. 5 De plus, un tel dispositif permet d'utiliser des surfaces étendues afin de disposer les ensembles de cellules photovoltaïques sans être pénalisé par les pertes d'énergie électrique lors de l'acheminement de l'énergie électrique jusqu'au point d'entrée du réseau électrique. Les modes de réalisation précédemment décrits sont indiqués à titre d'exemples uniquement. Revendications1 Système de transmission d'une énergie naturelle reçue par un élément de réception (100) jusque vers un point d'entrée (160) d'un réseau électrique, ledit système comprenant au moins deux ensembles (E) pourvu chacun d'un élément de réception (100), d'un module convertisseur (110) et d'un premier transformateur (115), caractérisé en ce que : - l'élément de réception (100) de chaque ensemble reçoit une quantité d'énergie naturelle afin que chaque ensemble (E) produise une quantité d'énergie naturelle convertie proportionnelle à la quantité d'énergie naturelle reçue ; - le module convertisseur (110) de chaque ensemble (E) est connecté à un élément de réception (100) dans le même ensemble (E) pour convertir l'énergie naturelle en un courant électrique alternatif constant pour chaque ensemble (E) ; - le premier transformateur de courant (115) de chaque ensemble (E) est connecté au module convertisseur (110) afin de produire un courant électrique constant pour chaque ensemble (E) ; - ledit système combinant en série chaque courant électrique constant produit par chaque ensemble (E) afin de créer pour chaque ensemble une première boucle de courant constant (140) pour acheminer l'énergie naturelle reçue jusqu'au point d'entrée du réseau électrique (160). 132. 3. 4. 5. 6. 30 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un deuxième transformateur de courant (120), propre à chaque première boucle de courant constant (140), collecte le courant d'une première boucle de courant constant (140). Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système combine en série les courants collectés par chaque deuxième transformateur de courant (120) pour créer une deuxième boucle de courant constant (145) pour acheminer l'énergie naturelle reçue jusqu'au point d'entrée du réseau électrique (160). Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de réception (100) de chaque ensemble reçoit une quantité d'énergie solaire afin que chaque ensemble (E) produise une quantité d'énergie photovoltaïque proportionnelle à la quantité d'énergie solaire reçue. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de réception (100) comprend une cellule photovoltaïque. Procédé de transmission d'une énergie naturelle vers un point d'entrée (160) d'un réseau électrique, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes : réception de l'énergie naturelle au moyen d'un élément de réception (100) d'un ensemble (E) afin de produire une quantité d'énergie naturelle convertie proportionnelle à la quantité d'énergie naturelle reçue ; 5 10 7. 15 8. 20 9. 25 10.30conversion de l'énergie naturelle en courant électrique au moyen de module convertisseurs (110) connectés chacun à un élément de captation (100) et à un premier transformateur de courant (115) dans un même ensemble (E) afin de produire une valeur prédéterminée de courant électrique alternatif constant pour chaque ensemble (E) ; mise en série des courants électriques produits par chaque ensemble (E) afin de générer pour chaque ensemble une première boucle de courant électrique constant (140) pour acheminer l'énergie naturelle reçue jusqu'au point d'entrée du réseau électrique. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de collecte du courant de chaque première boucle de courant électrique constant (140) au moyen d'un deuxième transformateur de courant (120) propre à chaque première boucle de courant électrique constant (140). Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape de mise en série des premières boucles de courant électrique constant (140) pour créer une deuxième boucle de courant électrique constant (145). Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'étape de réception comprend la réception de l'énergie solaire. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l'étape de réception comprend la réception de l'énergie éolienne.