Brevet FR3002797A1 — publié le 20140905

La présente invention concerne une installation de climatisation solaire avec une option d'autonomie totale. Il a été proposé dans le passé d'utiliser l'énergie produite par des panneaux photovoltaïques pour alimenter une pompe de circulation d'un fluide. La demande FR 2 417 924 illustre une telle réalisation. Plus récemment, la société KAYSUN (www.kaysun.fr) a mis sur le marché une installation dans laquelle un climatiseur est alimenté en courant continu par des panneaux solaires 20-30 V à partir d'un convertisseur 310 V DC. L'inconvénient d'une telle installation est de recourir à un convertisseur spécifique. De plus, les panneaux solaires viennent en soutien de la consommation, et l'installation n'est pas de fonctionnement complètement autonome. Il existe un besoin pour bénéficier d'une installation de climatisation capable d'un fonctionnement autonome durant la journée, fiable et économique à réaliser. L'invention répond à ce besoin grâce à une installation de climatisation, comportant : un ou plusieurs panneaux solaires, une ou plusieurs batteries, un onduleur pur sinus, alimenté par la ou les batteries et/ou le ou les panneaux solaires, en fonction de l'ensoleillement, un climatiseur à compresseur à vitesse variable, alimenté par l'onduleur pur sinus. L'utilisation dans l'invention d'un onduleur pur sinus combiné à un climatiseur à compresseur à vitesse variable permet de réduire l'appel de courant au démarrage du climatiseur et rend possible le fonctionnement avec une puissance de panneaux photovoltaïques relativement modeste, ce qui permet de conserver à l'ensemble un coût compatible avec une large diffusion. L'invention permet notamment d'utiliser des composants très répandus, donc de bénéficier d'une économie d'échelle. L'invention permet encore d'avoir une climatisation de fonctionnement totalement autonome sur l'énergie solaire, si cela est souhaité. L'installation peut comporter un ou plusieurs contacts d'horloge pour commander le fonctionnement du climatiseur, en aval de l'onduleur et en amont du climatiseur. Le climatiseur est de classe A ou supérieure selon la norme définie par l'annexe IV de la Directive 2002/31/CE5. La puissance totale du ou des panneaux solaires peut être inférieure ou égale à 2 kWc, compte tenu de la présence de la ou des batteries, de l'onduleur pur sinus et du climatiseur à compresseur à vitesse variable. L'installation peut comporter quatre batteries de 12 V, reliées électriquement en série ou 24 batteries de 2V placées en série dans des réceptacles adaptés afin d'obtenir la tension cible. L'onduleur peut être de puissance inférieure ou égale à 6,5 kW, étant par exemple comprise entre 800 W et 6 000 W, par exemple 2000 W ou 3000 W. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel la figure .1 est un schéma électrique d'un exemple d'installation selon l'invention. L'installation 100 correspondant au schéma de la figure 1 comporte un ensemble de panneaux photovoltaïques 10, disposés par exemple sur le toit d'un bâtiment, et une ou plusieurs batteries 20 rechargées par l'ensemble de panneaux 10. Les batteries 20 débitent sur un bus continu 25, par exemple de 48 V. Dans l'exemple considéré, l'installation comporte quatre batteries 20 de 12 V de capacité comprise entre 90 Ah et 360 Ah, par exemple 150 Ah, reliées en série, mais l'invention n'est pas limitée à une tension de batterie particulière, ni à une capacité donnée. De préférence, on utilise au moins deux batteries, pour réduire l'ampérage. De préférence, l'installation comporte un contrôleur de charge 30 de la ou des batteries à partir du ou des panneaux solaires. Le contrôleur de charge 30 contrôle le courant de charge des batteries et évite un courant de charge excessif. L'installation comporte également, de préférence, un contrôleur de puissance qui alimente l'onduleur, et qui gère la puissance prélevée sur les batteries lorsque celle fournie par les panneaux est insuffisante. Les fonctions de charge des batteries et d'alimentation de l'onduleur peuvent être réalisées avec des appareils distincts ou combinés, par exemple connus sous les références TRI STAR MPPT de marque MORNING STAR ou autre. La tension de sortie des panneaux peut varier par exemple entre 20 et 200 V. Plusieurs contrôleurs solaires tels que le TRI STAR MPPT montés en parallèle peuvent être prévus, le cas échéant, en fonction de l'intensité. L'installation comporte également un onduleur 40 de type pur sinus, alimenté par le bus continu 25 relié aux batteries 20. Cet onduleur est par exemple de 3000 W de puissance. La puissance de l'onduleur est liée à celle du climatiseur. De préférence, la puissance de l'onduleur est supérieure ou égale d'un facteur 1,2 à celle du climatiseur. Par « onduleur de type pur sinus » il faut comprendre un onduleur dont la forme d'onde en sortie est quasi-sinusoïdale, avec moins de 3% de distorsion harmonique totale. L'utilisation d'un onduleur de type pur sinus permet un fonctionnement stable, même en cas de coupure et de reprise de charge. L'onduleur délivre par exemple une tension de 230 V AC, 50 Hz. L'onduleur 40 alimente via des contacts d'horloge 60, un commutateur réseau/onduleur 70 et un disjoncteur différentiel 80, un climatiseur 50 de type à compresseur à vitesse variable, encore appelé « de type inverter ». La vitesse du compresseur est adaptée à la demande de froid et à la loi de régulation autour du point de consigne. Le démarrage du compresseur peut s'effectuer à vitesse lente, ce qui réduit le courant d'appel et permet d'utiliser un onduleur qui n'est pas surdimensionné au regard du besoin en puissance en régime nominal. Le moteur du compresseur peut être un moteur à aimants permanents, de préférence triphasé, et le compresseur comporte un variateur de vitesse qui alimente le moteur à une fréquence variable. Le variateur de vitesse peut être alimenté à partir d'un bus continu, interne au climatiseur. Le variateur de vitesse peut comporter un module de puissance à IGBT, qui pilote le moteur. De préférence, le climatiseur est de classe A ou mieux, la classe énergétique étant définie par l'annexe IV de la Directive 2002/31/CE. De préférence, un ventilateur, non représenté, de refroidissement de l'onduleur 40 est prévu. Il y a aussi un ventilateur de refroidissement de la caisse abritant les composants du système, ce ventilateur étant alimenté par les batteries, et pouvant fonctionner donc en cas de coupure de courant ou de site isolé. La tension d'alimentation du climatiseur correspond à celle délivrée par l'onduleur, étant par exemple de 230 V AC, 50 Hz. Les contacts d'horloge 60 permettent d'interrompre l'alimentation du climatiseur par l'onduleur la nuit, par exemple pendant une plage horaire prédéfinie. Une alimentation 90 par le réseau 110 V ou 230 V peut être prévue, grâce au contacteur 70, entre l'onduleur 40 et le climatiseur 50. Ce contacteur 70 peut être commandé par l'absence de tension issue de l'onduleur. Lorsque l'horloge remet en circuit l'onduleur, le contacteur rebascule sur la sortie de l'onduleur. Le nombre de panneaux photovoltaïques 10 et leur puissance dépend des conditions d'ensoleillement et de la puissance du climatiseur 50. Par exemple, pour un climatiseur de 2500 W restitués en froid, ayant 1 kW de consommation électrique au maximum et un ensoleillement correspondant à la ville de NICE, avec 8 heures de fonctionnement par jour, huit panneaux de 230 Wc suffisent. Si le besoin en climatisation se réduit à une heure ou deux, alors la puissance totale des panneaux peut être réduite à 500 W par exemple. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. Ainsi, dans une variante non illustrée, l'horloge est remplacée par une sonde d'ensoleillement ou de luminosité, associé à une temporisation afin de ne pas couper le système par le passage d'un nuage ou une ombre portée temporaire, qui interrompt le fonctionnement de l'onduleur en l'absence de soleil. De préférence, le régulateur de charge déclenche l'alimentation du climatiseur à partir du réseau extérieur (par exemple réseau EDF) à partir d'un certain niveau de décharge de la ou des batteries. Plusieurs climatiseurs peuvent être branchés sur l'onduleur et/ou plusieurs onduleurs utilisés, en veillant à la synchronisation des phases ou en utilisant plusieurs circuits séparés. Une interface domotique peut être installée afin de permettre un contrôle à distance, par exemple pour modifier la plage horaire de fonctionnement du climatiseur ou la température de consigne. REVENDICATIONS1. Installation (100) de climatisation, comportant : un ou plusieurs panneaux solaires (10), une ou plusieurs batteries (20), un onduleur (40) pur sinus, alimenté par la ou les batteries et/ou le ou les panneaux solaires, en fonction de l'ensoleillement, un climatiseur (50) à compresseur à vitesse variable, alimenté par l'onduleur pur sinus. 2. Installation selon la revendication 1, comportant un ou plusieurs contacts d'horloge (60) pour commander le fonctionnement du climatiseur, en aval de l'onduleur et en amont du climatiseur. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, le climatiseur (50) étant de classe A ou supérieure. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, la puissance totale du ou des panneaux solaires (10) étant inférieure ou égale à 2kWc. 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant quatre batteries (20) de 12 V reliées électriquement en série. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 comportant moins de 10 panneaux solaires, chacun de moins de 250 kWc. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, la capacité des batteries (20) étant inférieure ou égal à 200 Ah. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'onduleur (40) étant de puissance inférieure ou égale à 6,5 kW, notamment entre 800 W et 25 6000 W. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, la puissance du climatiseur étant comprise entre 2 kW et 3,5 kW. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comportant un contrôleur (30) de charge de la ou des batteries à partir du ou des panneaux solaires. 30