Brevet FR2958382A1 — publié le 20111007

PLATEFORME FLOTTANTE POUR PANNEAUX SOLAIRES La présente invention concerne une plateforme flottante productrice d'électricité à partir de panneaux solaires photovoltaïques. Des plateformes de ce type sont connues, mais la difficulté rencontrée dans leur mise en oeuvre tient au fait que les moyens d'orientation optimum des panneaux en fonction de la position du soleil, généralement utilisés lorsque ceux-ci sont disposés sur la terre ferme ou tout support fixe, ne sont pas adaptés, comme on peut le comprendre, lorsque l'installation de telles plateformes s'effectue sur une étendue d'eau. Or l'exploitation des étendues d'eau libres, de toutes natures, présente l'intérêt de préserver les terres pour les cultures. Le but de la présente invention est de remédier au problème évoqué ci-dessus et concerne à cet effet une plateforme flottante productrice d'électricité à partir de panneaux solaires photovoltaïques, caractérisée en ce qu'elle est constituée par au moins une base flottante sur laquelle est disposée au moins un panneau solaire, celui-ci étant relié d'une part à la base flottante, par l'intermédiaire d'une première articulation fixe, et d'autre part à au moins une seconde articulation mobile d'une partie supérieure émergente d'un élément plongeant distinct de la base flottante pour former un ballast, dont la partie inférieure est immergée dans l'eau selon une profondeur variable en fonction d'un ratio air-eau prédéterminé, assurant le lestage dudit ballast et correspondant à l'orientation angulaire optimum du panneau, en fonction de la position variable du soleil. Cette innovation permet d'installer sur une étendue d'eau un ou plusieurs panneaux photovoltaïques. La surface exploitable peut aller de quelques mètres carrés à plusieurs hectares. L'intérêt est d'utiliser l'eau pour optimiser le rendement, en modifiant l'inclinaison des panneaux par un système écologique et automatique ou semi automatique. Le flotteur et le ballast sont de formes adaptées aux conditions climatiques du site d'accueil. L'installation peut ne comporter qu'un module, mais dans le cas de centrale de production électrique d'importance, communément appelée « fermes solaires », plusieurs modules peuvent être couplés mécaniquement et électriquement, que ce soit au niveau des panneaux, de la structure supportant les panneaux, des flotteurs ou des ballasts. Suivant les conditions météorologiques et l'exposition du site, le type de couplage peut varier. Grâce au principe du ballast, selon l'invention, l'inclinaison du panneau est variable, suivant le ratio eau/air que contient ce dernier. Plus le ballast sera rempli d'eau, plus le panneau se rapprochera de l'horizontale. A l'inverse, plus le ballast contiendra d'air (ou de tout autre gaz), plus il se rapprochera de la verticale. Cette variation permet d'optimiser la production d'électricité dans plusieurs situations : En cas de vent, le ballast contrera l'effet de poussée du vent qui tendra à incliner le panneau. Suivant la position du soleil et les saisons, la production sera optimisée grâce à une inclinaison adaptée à l'angle de luminosité. Cette variation permet aussi de sécuriser la ferme solaire lacustre suivant des conditions climatiques extrêmes . En cas de vent très fort ou de tempête, les panneaux seront mis le plus possible à l'horizontale, afin d'opposer le moins de résistance possible. En cas de neige, les panneaux seront mis le plus possible à la verticale, afin de réduire la charge. Cette variation permet aussi de simplifier les tâches de maintenance en proposant l'inclinaison la mieux adaptée lavage des panneaux, visites d'inspection, etc. L'invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1 à 3 représentent schématiquement une plateforme flottante porteuse d'un panneau solaire orientable selon l'invention, selon trois positions différentes en fonction de la position du soleil. Les figures 4 à 6 représentent schématiquement une plateforme flottante porteuse d'un panneau solaire orientable selon une variante de réalisation de l'invention, selon trois positions différentes en fonction de la position du soleil. La figure 7 représente une base flottante constituée par des travées de flotteurs disposés en réseau sur un plan d'eau. La figure 8 représente schématiquement une nacelle de maintenance disposée à cheval sur deux travées successives de flotteurs et aptes à circuler sur des rails. La plateforme flottante 1 représentée sur les figures 1 à 3 est constituée par au moins une base flottante 3 sur laquelle est disposée au moins un panneau solaire 2, celui-ci étant relié d'une part à la base flottante 3, par l'intermédiaire d'une première articulation 4 fixe, et d'autre part à au moins une seconde articulation 5 mobile d'une partie supérieure émergente 6a d'un élément plongeant 6 distinct de la base flottante 3 pour former un ballast dont la partie inférieure 6b est immergée dans l'eau 7 selon une profondeur variable en fonction d'un ratio air-eau prédéterminé, assurant le lestage dudit ballast 6 et correspondant à l'orientation angulaire optimum du panneau 2, en fonction de la position variable du soleil. Selon une première méthode, le remplissage du ballast 6 s'effectue par air, par un compresseur ou pompe à air injectant dans celui-ci de l'air sous pression, par une vanne supérieure 8 admettant ou chassant l'air du ballast 6, selon le ratio air-eau prédéterminé. La gestion du ballast 6 peut facilement être automatisée un compresseur est alimenté par une partie de l'énergie électrique produite par les panneaux 2. L'air est comprimé dans un réservoir relié à un ou plusieurs ballasts par une vanne 8, ce qui a pour effet 20 d'augmenter la flottaison du ballast en chassant l'eau. Un trou 9 est pratiqué à la partie inférieure du ballast pour permettre le fonctionnement du système. 25 C'est la vanne 8 qui permet l'admission ou l'échappement de l'air, ce qui a pour effet de diminuer la flottaison du ballast 6, ou l'inverse. Selon une autre méthode, le remplissage du ballast 30 6 s'effectue par eau, par une pompe injectant dans celui-ci de l'eau sous pression, chassant l'air qu'il contient par un évent supérieur, selon le ratio air-eau prédéterminé. Selon une autre caractéristique de l'invention, le ballast 6 comporte une ancre flottante 10, qui lui est attachée à sa partie inférieure immergée 6b, permettant de réduire les mouvements parasites de la plateforme 1, dus aux clapotis de l'eau 7. Comme le montrent les figures, l'ancre flottante 10 du ballast 6 forme un cône creux dont le sommet 10a est dirigé vers le bas, de manière à permettre un coulage rapide du ballast 6 et une remontée lente grâce à un effet parachute. Par ailleurs, le remplissage ou l'échappement du ballast 6 s'effectue par l'intermédiaire d'électrovannes commandées par un inclinomètre (non représenté), mesurant l'inclinaison du panneau 2 correspondant. Quand le panneau 2 est trop vertical, l'inclinomètre commande l'ouverture de l'électrovanne qui va purger l'air du ballast 6. Ce dernier va alors s'enfoncer dans l'eau 7 et augmenter l'inclinaison du panneau jusqu'à ce que l'inclinomètre retrouve la valeur réglée. Au contraire, si le panneau 2 est trop horizontal, l'inclinomètre commande l'ouverture de l'électrovanne qui va remplir d'air le ballast 6 et en chasser l'eau 7. Ce dernier va alors sortir de l'eau 7 et diminuer l'inclinaison du panneau 2, jusqu'à ce que l'inclinomètre retrouve la valeur réglée. Pour améliorer le fonctionnement, l'installation peut être optimisée avec un automate programmable qui va réagir aux ordres de l'inclinomètre en adaptant le ratio air/eau des ballasts 6 : - Modification d'inclinaison suivant l'heure, la date, les saisons, - Modification d'inclinaison suivant les conditions météo, grâce à l'ajout d'un anémomètre et d'un capteur de charge (neige), - Modification d'inclinaison sur une commande de maintenance, - Modification d'inclinaison par lecture de la production d'électricité afin d'optimiser le rendement. De plus, l'ajout d'un automate communiquant permet 2 0 de : - Gérer les maintenances, par analyse des cycles de fonctionnement, en signalant par exemple, qu'il est temps de vérifier les électrovannes, dont l'usure est directement liée au fonctionnement et donc par définition, variable suivant les conditions météo du site, - Donner des alertes de défauts, grâce par exemple, à des capteurs disposés sur le ballast 6,6A ou une ligne de ballast. Si la pression dans le ballast dépasse des valeurs mini ou maxi programmées, cela indique une 25 30 fuite d'air (le ballast plonge) ou une électrovanne bloquée ouverte (le ballast remonte). Un dispositif de secours pourra soit purger l'air, soit déclencher le gonflage de bouées de secours alimenté par des bouteilles d'air comprimé autonomes. Selon la variante de réalisation représentée sur les figures 4 à 6, la plateforme 1A se compose d'une base flottante centrale 3A et de deux éléments plongeurs 6A,6B formant ballast, situés de part et d'autre de la base flottante 3A, le panneau solaire 2A étant relié à cette dernière par une articulation centrale fixe 4A, et aux éléments plongeurs 6A,6B par deux articulations mobiles 5A,11A situées sur le panneau 2A, sensiblement à équidistance de l'articulation centrale 4A, à la manière d'un balancier. Comme précédemment, pour rétablir l'angle idéal de fonctionnement, l'inclinomètre commande l'ouverture de l'électrovanne qui va purger l'air du ballast adéquat 6A. Ce dernier va alors s'enfoncer. En parallèle, l'inclinomètre commande l'ouverture de l'électrovanne de l'autre ballast 6B, ce qui va le remplir d'air et en chasser l'eau. L'effort conjugué des deux ballasts va donc établir l'équilibre du panneau 2A jusqu'à ce que l'inclinomètre donne une information d'arrêt. Selon une autre caractéristique de l'invention non représentée, un moteur électrique équipé d'une hélice et d'un ancrage, maintenant la base flottante 3,3A en son milieu, assure le pivotement du panneau 2,2A sur son axe. Le système est alors mobile non plus sur un axe, mais sur deux. De ce fait, le rendement est encore accru. Le raccordement électrique se fera par un mât aligné sur l'axe du point de pivot. Un panneau étant constitué d'un ensemble de cellules, il suffit d'aménager un espace pour laisser passer ce mât. La plateforme comporte une pluralité de modules formés par autant de panneaux solaires 2,2A de bases flottantes 3,3A et d'éléments plongeurs 6,6A formant ballast, lesdits modules étant assemblés et raccordés électriquement entre eux et montés sur une structure porteuse, avant sa mise en eau. Un système mécanique, non représenté ici, permettra de bloquer le ballast si ce dernier, pour des raisons techniques, venait à dépasser les valeurs maximum ou minimum que l'installateur aura imposées. Dans le cas d'utilisation d'air comme moyen de gestion de la flottaison, plusieurs ballasts pourront êtres reliés ensemble, l'air équilibrant un ensemble solidaire. Ceci permet de réduire les coûts et d'optimiser la rigidité du système. Selon une autre caractéristique de l'invention, visible sur la figure 7, la base flottante 3,3A est constituée par des travées de flotteurs 12 disposés en réseau, et par rapport auxquels sont actionnés les ballasts 6. Dans ce cas, les travées de flotteurs 12 constituant sa base flottante 3,3A sont distribuées par des rails 13, sur lesquels est susceptible de circuler un chariot ou nacelle 14, sur lequel sont embarqués des moyens de maintenance 15 des panneaux photovoltaïques (fig. 8). Selon une variante de réalisation, les travées de flotteurs constituant sa base flottante sont équipées d'une ligne de vie apte à sécuriser un personnel de maintenance. L'objectif est de disposer d'un moyen de maintenance permettant à des techniciens d'accéder à toute la surface des panneaux, que ce soit pour de l'entretien (nettoyage, inspection, etc.) ou de maintenance (réparation, changement de panneaux). Le système permet d'utiliser des étendues d'eau comme support de ferme solaire. Cette solution innovante apporte plusieurs avantages. Elle est économique : - Comparativement à une ferme solaire sur terre, elle permet d'optimiser le rendement à peu de frais le rendement est meilleur qu'une ferme solaire traditionnelle, - La mise en place est optimisée : les panneaux sont assemblés et montés sur la structure 30 porteuse à terre et ensuite mis à l'eau pour être mis en place sur le site, simplement tractés par une petite embarcation motorisée, - Les réglages d'inclinaison sont optimisés : les fermes solaires terrestres, quand elles disposent de réglages, nécessitent soit une intervention humaine (système mécanique), soit un système hydraulique ou électrique complexe et coûteux en investissement et en maintenance, - Il est possible de concevoir une micro station comme une ferme solaire de plusieurs dizaines d'hectares. 15 Elle est écologique : - Elle utilise de l'air comprimé et sa propre énergie produite pour fonctionner, - L'énergie nécessaire au réglage d'inclinaison est bien moindre que pour une ferme solaire 20 terrestre, - Elle préserve les terres pour les cultures, - Elle permet d'utiliser des zones aujourd'hui non exploitables, de limiter, voire d'améliorer, l'impact visuel de certains 25 sites (gravière, zone de traitement des eaux, station d'épuration, bassin d'irrigation...). 10 REVENDICATIONS1. Plateforme flottante (1,1A) productrice d'électricité à partir de panneaux solaires photovoltaïques (2,2A), caractérisée en ce qu'elle est constituée par au moins une base flottante (3,3A) sur laquelle est disposé au moins un panneau solaire (2,2A), celui-ci étant relié d'une part à la base flottante (3,3A), par l'intermédiaire d'une première articulation (4,4A) fixe, et d'autre part à au moins une seconde articulation (5,5A) mobile d'une partie supérieure émergente (6a) d'un élément plongeant (6,6A) distinct de la base flottante (3,3A) pour former un ballast dont la partie inférieure (6b) est immergée dans l'eau (7) selon une profondeur variable en fonction d'un ratio air-eau prédéterminé, assurant le lestage dudit ballast (6,6A) et correspondant à l'orientation angulaire optimum du panneau (2,2A), en fonction de la position variable du soleil. 2. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que le remplissage du ballast (6,6A) s'effectue par air, par un compresseur ou pompe à air injectant dans celui-ci de l'air sous pression, par une vanne de remplissage supérieure (8,8A) chassant l'eau du ballast (6,6A) par l'intermédiaire d'une vanne inférieure d'échappement (9,9A), selon le ratio air-eau prédéterminé. 3. Plateforme selon la revendication 1, caractérisée en ce que le remplissage du ballast (6,6A)s'effectue par eau, par une pompe injectant dans celui-ci de l'eau sous pression, chassant l'air qu'il contient par un évent supérieur, selon le ratio air-eau prédéterminé. 4. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le ballast (6,6A) comporte une ancre flottante (10,10A), qui lui est attachée à sa partie inférieure immergée (6b), permettant de réduire les mouvements parasites de la plateforme (1,1A), dus aux clapotis de l'eau (7). 5. Plateforme selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'ancre flottante (10,10A) du ballast (6,6A) forme un cône creux dont le sommet (10a,10Aa) est dirigé vers le bas, de manière à permettre un coulage rapide du ballast (6,6A) et une remontée lente grâce à un effet parachute. 6. Plateforme selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que le remplissage ou l'échappement du ballast (6,6A) s'effectue par l'intermédiaire d'électrovannes commandées par un inclinomètre (non représenté), mesurant l'inclinaison du panneau (2,2A) correspondant. 7. Plateforme (1A) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle se compose d'une base flottante centrale (3A) et de deux éléments plongeurs (6A,6B) formant ballast, situés de part et d'autre de la base flottante (3A), le panneau solaire (2A) étant relié à cette dernière par une articulation centralefixe (4A), et aux éléments plongeurs (6A,6B) par deux articulations mobiles (5A,11A) situées sur le panneau (2A), sensiblement à équidistance de l'articulation centrale (4A), à la manière d'un balancier. 8. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'un moteur électrique équipé d'une hélice et d'un ancrage, maintenant la base flottante (3,3A) en son milieu, assure le pivotement du panneau (2,2A) sur son axe. 9. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de modules formés par autant de panneaux solaires (2,2A) de bases flottantes (3,3A) et d'éléments plongeurs (6,6A) formant ballast, lesdits modules étant assemblés et raccordés électriquement entre eux et montés sur une structure porteuse, avant sa mise en eau. 10. Plateforme selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la base flottante (3,3A) est constituée par des travées de flotteurs (12) disposés en réseau, et par rapport auxquels sont actionnés les ballasts (6). 11. Plateforme selon la revendication 10, caractérisée en ce que les travées de flotteurs (12) constituant sa base flottante (3,3A) sont distribuées par des rails (13), sur lesquels est susceptible de circuler un chariot ou nacelle (14), sur lequel sont embarqués des moyens de maintenance (15) des panneaux photovoltaïques. 12. Plateforme selon la revendication 10, caractérisée en ce que les travées de flotteurs constituant sa base flottante sont équipées d'une ligne de vie apte à sécuriser un personnel de maintenance.