Brevet FR3044076A1 — publié le 20170526

INSTALLATION DE PRODUCTION D'ENERGIE AVEC STOCKAGE. L'invention se rapporte à une installation de production d'électricité avec stockage d'énergie. Les autorités ont incités les particuliers à s'équiper de panneaux photovoltaïques en achetant à ces particuliers le courant électrique produit par les panneaux bien plus cher qu'il ne vendait leur courant provenant des centrales ou barrages. Le différentiel de cout était important et de plus il existait des subventions pour s'équiper. Depuis, l'énergie achetée par un particulier aux grands fournisseurs a vu son cout 10 régulièrement augmenté. Par contre la revente du courant électrique produit par les particuliers grâce aux panneaux photovoltaïques a vu son prix chuter d'où l'intérêt de consommer au mieux l'énergie produite par son installation. Les panneaux photovoltaïques produisent du courant essentiellement le jour alors que nous sommes absents de nos habitations. 15 La consommation de l'énergie dans une habitation se partage entre le chauffage de l'habitation et la cuisson de la nourriture puis ensuite l'éclairage. L'hiver c'est le poste chauffage de l'habitation qui est le plus grand consommateur. Il existe des batteries de stockage de l'électricité basées sur des réactions chimiques mais soient elles sont encombrantes ( batterie au plomb) soit elles sont 20 couteuses ( batterie lithium-ion). En supplément, le courant doit être stocké puis déstocké pour ensuite être transformé en courant alternatif pour être utilisé ce qui engendre des pertes importantes de l'ordre de 40 %. Certains panneaux photovoltaïques sont équipés de moyens en vue de les 25 refroidir par balayage avec un flux d'air qui va être injecté dans l'habitation ou alimenter une pompe à chaleur d'un ballon à eau chaude sanitaire. 3044076 2 On constate que la production d'électricité se fait sur une période allant de 8h le matin à 20 h le soir avec un pic autour de 13h-14h (luminosité maximale). Il en est de même avec l'air chauffé par les panneaux photovoltaïques ou des panneaux solaires thermiques. 5 Si on regarde la consommation électrique d'une habitation elle est souvent réduite en milieu de journée car les occupants sont au travail et il en est de même pour l'utilisation de l'air chaud. Pour la production du courant électrique, lorsqu'on ne l'utilise pas il est vendu par contre pour la chaleur, lorsqu'on ne l'utilise pas, elle est rejetée à 10 l'atmosphère. Il est connu d'utiliser cet air chaud pour alimenter des batteries thermiques par exemple du type à matériau à changement de phases. On utilise le principe de la chaleur latente lors du changement de phases. Selon cette solution, on fait passer au travers de cette batterie de l'air chaud qui 15 va agir sur les matériaux à changement de phases lesquels vont changer d'état et accumuler des calories dans cette batterie. L'air chaud doit être supérieur à la température de fusion ou température de changement de phases pour céder des calories. La nuit, pour récupérer on fait passer sur cette batterie de l'air froid ( plus froid 20 que la température de fusion du matériau) qui se réchauffe afin de venir chauffer les pièces de l'habitation. Les matériaux à changement de phases sont choisis pour travailler avec un changement de phases pour une température, par exemple, de l'ordre de 23 à 25°Celsius qui sont des températures atteignables l'hiver mais il n'est pas possible 25 de travailler avec des matériaux à changement de phase ayant une température de fusion de 35° à 38° car l'air chaud réchauffé par les panneaux n'atteint pas cette température l'hiver. 3044076 3 Selon le dimensionnement des panneaux photovoltaïques, il est difficile de stocker suffisamment de calories en utilisant exclusivement l'air chaud. L'été on produit plus de courant et de chaleur mais le besoin en chaleur est remplacé par un besoin en air froid pour refroidir les pièces de l'habitation. 5 L'invention propose une solution pour améliorer le confort des habitants d'une maison équipée d'une installation selon l'invention. A cet effet, l'invention a pour objet une installation comprenant des moyens de production de courant électrique, des moyens de production d'air chaud, des moyens de distribution de l'air chaud et des moyens pour stocker de l'énergie io produite, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part un premier moyen de stockage de l'énergie alimenté par l'air chaud produit par les moyens de production d'air chaud et d'autre part des seconds moyens de stockage du type à matériau à changement de phase utilisant un moyen électrique telle une résistance électrique alimenté par du courant pour charger les dits 15 seconds moyens de stockage à matériau à changement de phase. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin qui représente : FIG1 : une installation selon l'invention FIG 2 : différents éléments de stockage avec matériaux à changement de phase 20 En se reportant au dessin, on voit une installation 1 de production d'énergie installée dans une habitation. Cette installation produit de l'électricité et pour ce faire elle comprend des panneaux 2 photovoltaïques posés par exemple en toiture. Des moyens 15 de 25 conversion du courant continu en courant alternatif permettent soit d'utiliser le courant directement dans l'habitation soit de l'injecter sur le réseau. Au lieu et 3044076 4 place de panneaux photovoltaïques il pourrait s'agir d'une éolienne ou d'une combinaison éolienne plus panneaux photovoltaïques et/ou panneaux solaires thermiques. L'installation comprend également des moyens 3 de production d'air chaud pour 5 être distribué dans les différentes pièces de l'habitation et/ou venir alimenter un échangeur couplé à un ballon d'eau chaude. Ces moyens 3 de production d'air chaud peuvent être des capteurs solaires ou bien ( comme cela est représenté ici) des moyens placés sous les panneaux photovoltaïques pour refroidir les cellules photovoltaïques par balayage d'un flux io d'air qui se réchauffe au passage des radiateurs équipant le dessous desdits panneaux. Des moyens 4,5 pour stocker de l'énergie produite équipent également cette installation. Avantageusement, l'installation comprend, d'une part, un premier moyen 4 pour 15 stocker de l'énergie alimenté par l'air chauffé produit par les moyens 3 de production d'air chaud et, d'autre part, des seconds moyens 5 de stockage du type à matériau à changement de phase utilisant du courant électrique alimentant un moyen 6 électrique telle une résistance 6 électrique pour charger en énergie les dits seconds moyens 5 de stockage à matériau à changement de phase. 20 Ainsi, on va charger les moyens de stockage 5 à l'aide du courant produit par l'installation ce qui va permettre, par exemple, d'utiliser des matériaux à changement de phase dont la température de fusion est supérieure à la température possible de l'air chauffé. Dans une première réalisation, le premier moyen 4 de stockage alimenté par de l'air chaud est un moyen de stockage à matériau à 25 changement de phase ayant une première température de changement de phase située en fonction de la plage de températures possibles que peut atteindre l'air chaud. On va bénéficier de la chaleur latente de ces matériaux lors du changement 3044076 5 d'état (de phase). L'air chaud en balayant le moyen 4 de stockage va lui céder des calories. Les seconds moyens 5 de stockage à matériau à changement de phase ne sont pas chargés par de l'air mais au moyen du courant produit par les panneaux 5 photovoltaïques qui va alimenter, par exemple, une résistance 6 électrique ou un dispositif assimilé. Dès lors le matériau utilisé a sa température de changement de phases qui peut être très différente de celle des premiers moyens. Cette résistance 6 électrique est une résistance produisant de la chaleur ou un ensemble miniaturisé de compresseur/évaporateur ou un dispositif assimilé. io On peut également utiliser un module à effet Peltier qui fournit de la chaleur d'un côté et du froid de l'autre côté. Il est considéré comme un élément résistif dans un circuit électrique. Dans une installation, l'hiver, la quantité d'air chaud produite est inférieure à la quantité produite l'été mais en hiver, il y plus de demande en air chaud la nuit. 15 on peut dimensionner le premier moyen 4 de stockage pour qu'il accumule de l'énergie ( chaleur) qu'il va restituer en début de nuit puis un relais est réalisé par le second moyen de stockage qui a pu être chargé par le courant produit par les moyens de productions du courant. La température de fusion de ce second moyen 5 de stockage est différente de celle du premier moyen de stockage et peut être 20 supérieure à celle du premier moyen de stockage. Pour récupérer les calories il suffit de faire passer de l'air froid sur les moyens de stockage. L'air en passant dessus se charge en calorie c'est-à-dire se réchauffe. Les matériaux sont agencés en forme de plaques 40 avec des moyens aptes à perturber l'écoulement pour un meilleur transfert entre l'air et les surfaces de 25 plaques. 3044076 6 L'été, on a besoin de rafraichir la maison avec de l'air froid, il est donc possible en utilisant l'effet Peltier ou un système compresseur/évaporateur de produire du froid (frigories) et de l'emmagasiner dans un moyen de stockage pour d'utiliser pour refroidir de l'air qui sera ensuite distribué dans les pièces de l'habitation. 5 Un avantage des modules à effet Peltier est que l'alimentation est du continu ce qui ne nécessite pas de transformer le courant produit par les panneaux en courant alternatif. Une installation pourra donc comprendre un premier moyen 4 de stockage de calories alimenté exclusivement par de l'air chaud, un second moyen 5 de io stockage de calories alimenté par une résistance électrique diffusant de la chaleur pour chauffer les matériaux à changement de phase et un troisième moyen ( non représenté) de stockage de frigories refroidi par un moyen électrique alimenté en courant électrique pour produire du froid. L'hiver on utilise le moyen 4 et le moyen 5 pour chauffer l'habitation. 15 L'intérêt de l'usage du courant électrique pout agir sur les matériaux à changement de phase est que le stockage n'est pas tributaire de la température de fusion et des températures de l'air qu'il est possible d'obtenir. Les matériaux du moyen de stockage sont logés dans un caisson isolant A comportant une entrée 10 pour l'air chaud et une sortie 11 de l'air refroidi lors de 20 la charge. Pour la décharge, l'air à chauffer est envoyé dans le caisson, par exemple par l'entrée 10 , où elle se réchauffe puis elle est distribuée via différentes conduites ou une VMC (ventilation mécanique) ou un caisson distributeur. Un pilote peut ainsi gérer les différents flux d'air en fonction des températures, des besoins électriques immédiats, de la production du courant et des quantités de 25 calories disponibles ou à emmagasiner. Le moyen de stockage est réalisé par des plaques 40 de matériau à changement de phase placées dans une enveloppe conductrice de la chaleur, les dites plaques 3044076 7 disposées parallèlement entre elles avec un espace 41 entre les plaques pour la circulation d'air. L'air à circule entre les plaques où se produit un échange thermique. Ces plaques sont logées dans un caisson en matière isolante avec une entrée et 5 une sortie. En ce qui concerne les moyens de stockage par apport de courant électrique, on retrouve les plaques contenant un matériau à changement de phases dont la température de fusion peut être différente du premier moyen de stockage. Le moyen 6 électrique qui est alimenté par du courant et de préférence le 10 courant produit par les moyens 2 de production est en contact avec une de surfaces de la plaque. Les deux moyens de stockage peuvent être logés dans un seul caisson mais seront séparés par une cloison isolante 50 et des volets permettent de sélectionner les entrées et sorties de l'air circulant dans le moyen de stockage. 15 Avantageusement, on fait fonctionner un moyen de stockage à matériaux à changement de phase en l'équipant de modules à effet Peltier alimentés en courant via un moyen d'inversion de polarité pour produire de la chaleur ou du froid selon la polarité d'alimentation du module. On utilise un module 30 de gestion des flux d'air avec possibilité de mélange 20 logeant une turbine ou un ventilateur. Ce module est disposé dans les combles . REVENDICATIONS1) Installation de production d'énergie comprenant des moyens (2) de production de courant électrique, des moyens (3) de production d'air chaud, des moyens de distribution de l'air chaud et des moyens (4,5) pour stocker de l'énergie produite cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part un premier moyen (4) de stockage de l'énergie alimenté par l'air chaud produit par les moyens (3) de production d'air chaud et d'autre part des seconds moyens (5) de stockage du type à matériau à changement de phase utilisant un moyen (6) électrique alimenté par du courant pour charger les dits seconds moyens (5) de stockage à matériau à changement de phase. 2) Installation de production d'énergie selon la revendication 1 caractérisée en ce que le premier moyen (4) de stockage alimenté par de l'air chaud est un moyen de stockage à matériau à changement de phase ayant une première température de changement de phase ou température de fusion située dans la plage de températures possibles que peut atteindre l'air chaud. 3) Installation de production d'énergie selon la revendication 2 caractérisée en ce que la température de fusion du second moyen (5) de stockage est différente de celle du premier moyen de stockage. 4) Installation de production d'énergie selon la revendication 1 caractérisée en ce que le moyen (6) électrique est une résistance électrique pour produire de la chaleur. 5) Installation de production d'énergie selon la revendication 1 caractérisée ne ce que le moyen (6) électrique est un module à effet Peltier pour produire du froid. 3044076 9 6) Installation de production d'énergie selon la revendication 1 caractérisée en ce que le moyen électrique (6) est un compresseur/évaporateur pour produire du froid. 7) Installation de production d'énergie selon la revendication 1 caractérisé en 5 ce qu'elle comprend un moyen (4) de stockage fonctionnant exclusivement avec l'air de l'installation, un second moyen (5) de stockage fonctionnant avec un moyen (6) électrique chauffant les matériaux du dit moyen de stockage et un troisième moyen de stockage à matériaux à changement de phase fonctionnant avec un moyen électrique (6) refroidissant les 10 matériaux précités. 8) Installation de production d'énergie selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de stockage est réalisé par des plaques de matériau à changement de phases placées dans une enveloppe conductrice de la chaleur disposées parallèlement entre elles avec un espace entre les plaques 15 pour la circulation d'air.