Brevet FR3046511A1 — publié le 20170707

Description Domaine La présente demande concerne les systèmes de diagnostic de champs solaires. Exposé de l'art antérieur On connait les systèmes de production de l'énergie électrique à partir de l'énergie solaire comme ceux présents dans les centrales thermiques à concentration (CSP) ou les champs photovoltaïques (PV) ou photovoltaïques 10 concentrés (CPV). Ces systèmes sont basés sur l'utilisation directe ou indirecte des rayons solaires. Les systèmes CSP comprennent un ensemble de miroirs concentrant les rayons solaires dans un foyer optique dans lequel se localise un fluide caloporteur pouvant monter en température grâce à 15 l'énergie solaire. Les systèmes PV et CPV utilisent l'absorption des photons visibles. On connaît les véhicules avec conducteurs par exemple les avions, les voitures, les camions nacelles. On connaît les véhicules sans conducteurs dits drones qui 20 peuvent être équipés de systèmes d'imagerie notamment dans le domaine du visible. On connait les imageurs à base de technologies silicium qui sont dotés de filtres RGB et rendant des images avec les trois composantes spectrales. 25 Les champs solaires s'étalant sur de grandes surfaces trouvent leur pic de rendement dans les régions arides et semi-arides où les rayons solaires sont abondants et de grande intensité. Ces régions sont toutefois très poussiéreuses. Les dépositions poussiéreuses engendrent des 30 pertes importantes au niveau des rendements de champs solaires. Il est donc important de les nettoyer régulièrement. L'homme de l'art connait cette problématique et déploie des nettoyages systématiques et périodiques 3046511 2 onéreuses en termes de coût d'opération ainsi qu'en une consommation importante des ressources en eau qui sont généralement rares dans les zones d'exploitation. Des efforts technologiques sont déployés afin de répondre à 5 cette problématique par le développement de surfaces empêchant de manière native les dépositions poussiéreuses ou par le développement de revêtements permettant, une fois activés électriquement le rejet des poussières. Une autre piste consiste à équiper les panneaux solaires avec des 10 robots autonettoyants. Il est à noter que les différents méthodes cités afin d'optimiser l'opération de nettoyage des panneaux solaires affrontent des difficultés en terme des coûts et de l'effort pour les déployer sur des champs de grandes dimensions. 15 11 existe donc un besoin d'une méthode d'optimisation des opérations de nettoyage pour les champs solaires. Résumé Ainsi ce brevet présente un système automatique et à bas coût de contrôle de salissure des champs solaires par 20 analyse des images dans le domaine du visible des panneaux réfléchissants ou photovoltaïques des champs solaires. Un véhicule embarquant une caméra opérant dans le domaine du visible est programmé afin de parcourir l'ensemble du champ solaire et collecter des images corrélées avec les 25 positions des prises. L'analyse automatique des images permet la quantification du niveau de salissure des panneaux et identifier le besoin en nettoyage en lieu et temps. Ce système permet d'automatiser le contrôle de salissure et réaliser des économies en énergie en efforts 30 et en ressources d'eau. Brève description des dessins Fig. 1 Carte mondiale de l'intensité des rayons solaires (établie par NASA) montrant que les centrales de concentration de l'énergie solaire sont plus adaptées pour 3046511 3 les régions arides et semi-arides où la présence de poussières est plus importante. Fig. 2 Impact des dépositions poussiéreuses sur la réflectance du verre pour différentes longueurs d'ondes 5 dans le domaine du visible [1][2]. Fig. 3 La composition d'une image en couleur dite RGB prise par un capteur silicium. Fig. 4 présente une vue schématique du système de diagnostic automatique du champ solaire. Fig. 5 illustre un exemple d'application de l'algorithme de traitement des images visibles afin d'identifier le niveau de salissure de manière locale (a) et de manière globale (b). Description détaillée de l'invention La surexploitation des sources d'énergie fossiles ainsi que leur impact environnemental favorisent l'adoption des énergies renouvelables et en particulier les énergies solaires. Des organismes de recherche et développement autour du globe travaillent sur l'amélioration du rendement des champs solaires. On connait les systèmes de production de l'énergie électrique à partir de l'énergie solaire comme ceux présents dans les centrales thermiques à concentration (CSP) ou les champs photovoltaïques (PV) ou photovoltaïques concentrés (CPV). Ces systèmes sont basés sur l'utilisation directe ou indirecte des rayons solaires. Les systèmes CSP comprennent un ensemble de miroirs concentrant les rayons solaires dans un foyer optique dans lequel se localise un fluide caloporteur pouvant monter en température grâce à l'énergie solaire. Le fluide caloporteur permet de générer de la vapeur d'eau sous pression actionnant une turbine et un alternateur pour produire de l'énergie électrique. Les systèmes PV et CPV utilisent l'absorption des photons visibles et leur conversion en charges électriques. 3046511 4 Les champs solaires s'étalant sur de grandes surfaces trouvent leur pic de rendement dans les régions arides et semi-arides où les rayons solaires sont abondants et de grande intensité comme le montre Figure 1. Ces régions sont 5 toutefois très poussiéreuses. Les dépôts de poussières engendrent la réduction des rayons solaires directs réfléchis dans le cas des CSP et réduisent aussi le nombre de photons absorbés dans le cas des panneaux photovoltaïques. Ceci entraîne des pertes au niveau du 10 rendement énergétiques de ces installations. Les dépôts poussiéreux sur les surfaces des panneaux solaires ont un impact direct sur l'évolution de leur réflectance sur le spectre visible. En effet, comme le montre Figure 2 d'après les études faites en [1] et [2], 15 sous présence des dépôts poussiéreux, la réflectance augmente avec la longueur d'onde des photons, ainsi les photons rouges sont plus réfléchis que les photons bleus. Cet effet peut donc être caractérisés, identifié et quantifié sur des images dans le domaine du visible. 20 Dans les imageurs à base de technologies silicium, nous avons déjà un élément permettant de réaliser une analyse spectrale. En effet ces imageurs sont équipés au niveau de chaque pixel de filtres optiques dits RGB permettant de donner, avec une certaine précision les proportions des 25 photons bleus, rouges et verts comme le montre la Figure 3 permettant ainsi de donner un élément clé pour caractériser la salissure en se basant sur la réflectance. Afin de bien comprendre, un miroir idéal doit avoir une réflectance constante sur le spectre visible, en cas de 30 dépôts poussiéreux, les photons à grande longueur d'onde (vers le rouge) sont mieux réfléchis, ainsi la proportion des rayons à grande longueur d'ondes est plus importante sur les pixels de l'image du panneau. Ce brevet présente donc un système automatique dédié au 35 diagnostic des champs CSP. Le système comporte un engin terrestre ou aérien 401 à trajectoire programmable. Ce 3046511 5 véhicule transporte un système embarqué comportant une caméra opérant dans le domaine du visible 402 et au moins un processeur 403 dédié à collecter les données issus du capteur d'images et de les stocker dans une mémoire 404 ou 5 les envoyer en temps réel vers un système distant 406 ; en associant chaque image avec ses coordonnées dans le temps ou dans l'espace. Sachant que dans une trajectoire programmée à vitesse programmée les coordonnées temporelles et spatiales sont corrélées. 10 La caméra 402 embarquée dans le véhicule 401 est disposée à une altitude et direction qui lui permettent de visualiser un ou plusieurs panneaux. Les images prises par la caméra sont transférées en temps réel à l'un des processeurs du système embarqué 403 qui les stocke à son tour dans une 15 mémoire 404 ou les envoie en temps réel vers un système distant 406. La vitesse du véhicule étant programmable. La cadence (frame rate) de la caméra est choisi de telle sorte à correspondre à la vitesse du véhicule. Le processeur 403 assure la réception et traitement des 20 images à la cadence des données de la caméra. Afin de permettre un repérage des images. Deux méthodes sont possibles. La première consiste à associer chaque image aux coordonnées GPS de la prise en temps réel avant de les stocker dans la mémoire ou de les transmettre vers le 25 système distant. La deuxième méthode repose sur le fait que la trajectoire et vitesse du véhicule sont programmables, il est donc possible d'associer chaque instant à une position spatiale sur le champ solaire. Ainsi il suffit d'associer à chaque image l'instant de la prise. 30 La Figure 5 montre un exemple d'application de l'algorithme permettant de quantifier la salissure sur chaque pixel de l'image. Un paramètre d(i,j) est associé à chaque pixel (i,j) de l'image. Le paramètre d(i,j) est calculé directement par les valeurs des composantes rouge, bleue et 35 verte de chaque pixel. Par exemple, d(i,j) peut être défini comme le rapport de la composante rouge et bleue. L'affichage de l'image en remplaçant les pixels par les 3046511 6 valeurs respectifs de leur paramètres d permet de mettre en évidence les pixels avec plus de dépositions poussiéreuses et définir ainsi, sur l'ensemble du champs les zones salles ou sur un panneau les taches de salissures comme le 5 démontre la Figure 5. L'utilisation périodique de ce système permet donc d'avoir une visibilité sur le niveau de salissure de l'ensemble de panneaux du champ solaire. Le nettoyage peut donc être optimisé au lieu d'être systématique. L'utilisation d'un 10 véhicule sans conducteur permet aussi l'usage de véhicules légers et donc des économies en énergie, temps et main d'oeuvre. Références citées dans la description [1] Al-Hasan AY. A new correlation for direct beam solar 15 radiation received by photovoltaic panel with sand dust accumulated on its surface. Solar Energy 1998;63(5):323-33. [2] Monto Mani, Rohit Pillai, Impact of dust on solar photovoltaic (PV) performance: Research status, challenges and recommandations, Renewable and Sustainable Energy 20 Reviews, Volume 14, Issue 9, December 2010, Pages 31243131, ISSN 1364-0321. REVENDICATIONS1. Procédé d'analyse et de détection automatique du niveau de salissure dans les champs solaires de manière automatique. Le dit procédé consiste à traiter les images des miroirs ou panneaux des champs solaires, dans le domaine du visible, et quantifier le niveau de dépositions poussiéreuses. 2. Procédé, selon la revendication 1, permettant l'analyse des images dans le domaine du visible de champs solaires et comportant pour chaque image des étapes parmi les suivantes : a. Extraire sur chaque image les pixels correspondant aux panneaux solaires. b. Analyser sur chaque pixel de panneau les composantes spectrales de la lumière visible, par exemple, le rouge, vert et bleu pour une image RGB. c. Déterminer l'état de salissure du panneau ou d'un groupe de panneau. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un ordinateur pour appliquer au moins une des étapes du procédé des revendications 1 et 2. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on capture les images visibles exploitées selon les revendications 1 et 2 du champ solaire CSP en utilisant une caméra embarquée sur un véhicule à trajectoire programmable (par exemple, drone terrestre ou aérien). 5. Procédé, selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on associe les données de salissure avec les coordonnées de localisation sur le champ solaire.