Brevet FR3058600A1 — publié le 20180511

INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE DE SITE INDUSTRIEL AVEC DISPOSITIF DE STOCKAGE DE L'ENERGIE SUR DES CHARIOTS DE MANUTENTION Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine des installations photovoltaïques sur sites industrielles. Elle vise tout particulièrement à optimiser l'exploitation de l'énergie solaire produite sur le site industriel. Etat de la technique La mise en oeuvre d'installations photovoltaïques sur des sites industriels est bien connue. Traditionnellement, une telle installation comporte des panneaux photovoltaïques produisant de l'énergie électrique sous l'action du soleil. Cette énergie électrique est transformée par le biais d'un convertisseur continu/alternatif pour être exploitée sur le site industriel, le surplus d'énergie produit étant injecté sur le réseau du fournisseur d'électricité moyennant un prix de revente qui peut être inférieur au prix d'achat de l'électricité. La production d'énergie électrique au moyen de l'installation photovoltaïque est maximale durant les heures de pointes de production solaire. A contrario, de nombreux sites industriels consomment généralement peu d'énergie durant ces heures de pointes de production solaire, alors qu'elles en consomment parfois plus en dehors de cette période puisqu'il est nécessaire d'éclairer et de chauffer les bâtiments et bureaux du site industriel et de faire fonctionner le site sur des plages horaires beaucoup plus larges, le matin et le soir par exemple. En d'autres termes, il y a un besoin d'un alignement entre production et consommation, cela étant plus ou moins favorable suivant les courbes de charge électrique et les courbes de production solaire Résumé de l'invention La présente invention a pour objectif d'exploiter au mieux l'énergie solaire produite sur le site industriel pour sa propre consommation en réduisant la quantité d'électricité achetée au fournisseur d'électricité et la quantité d'électricité injectée sur le réseau dudit fournisseur d' électricité. A cet effet, l'invention concerne une installation photovoltaïque d'un site industriel permettant la production d'énergie solaire convertie en électricité pour une exploitation sur le 3058600 2 site industriel voire une réinjection de cette électricité sur le réseau du fournisseur moyennant un prix de vente, lors d'un surplus de production d'énergie non utilisé sur ledit site. L'installation photovoltaïque comprend : - au moins un panneau photovoltaïque pour la production d'énergie solaire sous la 5 forme d'une tension continue, - un premier convertisseur continu/alternatif comprenant un primaire et un secondaire, le primaire étant raccordé à l'au moins un panneau photovoltaïque, le convertisseur permettant de convertir la tension continue au primaire en tension alternative au secondaire, 10 - un dispositif de comptage d'énergie bidirectionnel raccordé, d'une part, au secondaire du convertisseur continu/alternatif et, d'autre part, au réseau d'un fournisseur d'électricité, un tel dispositif de comptage permettant de compter la quantité d'électricité puisée du réseau du fournisseur d'électricité ou, au contraire, la quantité d'électricité injectée sur ledit réseau. 15 On entend par « primaire » du premier convertisseur continu/alternatif les bornes de raccordement de la partie continue et par « secondaire » dudit convertisseur les bornes de raccordement de la partie alternative. De manière remarquable, l'installation photovoltaïque selon l'invention comprend : - au moins un second convertisseur alternatif/continu bidirectionnel comprenant un 20 primaire et un secondaire, le primaire étant raccordé en parallèle sur le secondaire du premier convertisseur continu/alternatif ; - au moins un dispositif de commande configure pour piloter le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel en fonction de données de comptage fournies par le dispositif de comptage d'énergie bidirectionnel ; 25 - au moins un chariot de manutention comprenant une batterie rechargeable raccordée au secondaire du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel. On entend par « primaire » du second convertisseur alternatif/continu bidirectionnel les bornes de raccordement de la partie alternative et par « secondaire » dudit convertisseur les bornes de raccordement de la partie continue. Le raccordement du primaire du second convertisseur peut être réalisé au secondaire du premier convertisseur, en parallèle du réseau de distribution du site industriel. L'intérêt 3058600 3 d'effectuer ce branchement en parallèle est cependant de pouvoir raccorder le primaire du second convertisseur vis-à-vis du secondaire du premier convertisseur n'importe où sur le réseau de distribution du site industriel, par exemple en fonction de la localisation habituelle des chariots de manutention sur ledit site industriel. 5 Le dispositif de comptage bidirectionnel permet de mesurer lorsque de l'énergie est injectée sur le réseau du fournisseur d'électricité, c'est-à-dire lorsque la consommation sur le site industriel est inférieure à la quantité d'énergie solaire produite. Le ou les dispositifs de commande recevant les données du dispositif de comptage bidirectionnel pilotent alors le ou les convertisseurs alternatif/continu bidirectionnels pour qu'ils fonctionnent en mode 10 alternatif/continu, le surplus d'énergie produit par l'installation photovoltaïque, non consommé par le site industriel, sert alors à recharger les batteries des chariots de manutention plutôt que d'injecter ce surplus d'énergie sur le réseau du fournisseur d'électricité. Au contraire, lorsque le dispositif de comptage bidirectionnel mesure une quantité d'énergie puisée du réseau du fournisseur d'électricité, c'est-à-dire lorsque la consommation sur le site 15 industriel est supérieure à la quantité d'énergie solaire produite, le ou les dispositifs de commande pilotent le ou les convertisseurs alternatif/continu bidirectionnels pour qu'ils fonctionnent en mode continu/alternatif. Dans ce deuxième cas, l'énergie de la batterie du chariot de manutention est transmise en courant continu puis convertie en courant alternatif pour être injectée dans le réseau du site industriel, à travers une simple prise, plutôt que de 20 puiser de l'énergie sur le réseau du fournisseur. L'énergie nécessaire au fonctionnement du site industriel est alors prioritairement puisée des panneaux solaires et des batteries des chariots de manutention connectés, avant de puiser de l'électricité du réseau du fournisseur d'électricité. L'invention permet ainsi de minimiser la quantité d'électricité achetée au fournisseur d'électricité. 25 En outre, l'invention permet d'utiliser en permanence les chariots de manutention présents sur le site. Lorsqu'il est nécessaire d'utiliser l'un des chariots de manutention pour son utilisation première (la manutention), il suffit de le déconnecter de l'installation photovoltaïque. Lorsque l'opération de manutention est terminée, il suffit de rebrancher ledit chariot sur le réseau de distribution du site industriel pour recharger la batterie du chariot en 30 cas de surplus d'énergie solaire produit ou pour utiliser cette batterie comme source d'énergie en cas de sous-production d'énergie solaire comparée à la puissance consommée sur le site industriel. L'utilisation et la recharge permanente des chariots de manutention sont bénéfiques 3058600 4 aux batteries équipant ces chariots en raison de leurs cycles de charge moins profonds, ce qui permet de prolonger leur durée de vie. De préférence, le dispositif de comptage d'énergie bidirectionnel mis en oeuvre sur l'installation photovoltaïque objet de l'invention est complètement indépendant du dispositif 5 de comptage d'énergie bidirectionnel installé par le fournisseur d'électricité, afin de ne pas toucher à l'installation dudit fournisseur d'électricité et de pouvoir ajouter très facilement les différents modules manquants sur une installation photovoltaïque déjà existante sur un site industriel. Selon une première mise en oeuvre de l'invention, l'installation photovoltaïque comprend 10 un seul convertisseur alternatif/continu bidirectionnel et un seul dispositif de commande. En outre, des premiers moyens de connexion amovible sont agencés entre la batterie de l'au moins un chariot de manutention et le secondaire du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel. Cette mise en oeuvre permet de pouvoir utiliser les chariots déjà présents sur les sites industriels, sans nécessité d'aucune modification. 15 Selon cette première mise en oeuvre de l'invention, les premiers moyens de connexion amovible sont configurés pour éviter les arcs électriques lors du branchement ou du débranchement d'un chariot de manutention vis-à-vis du secondaire du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel. Ainsi on évite tout endommagement de l'installation photovoltaïque dû à la fréquence des branchements et débranchements des chariots pour 20 effectuer des opérations de manutention. De préférence, les premiers moyens de connexion amovible comprennent un connecteur mâle et un connecteur femelle raccordés, par le biais de câbles, l'un sur le chariot et l'autre au secondaire du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel, et des premiers moyens résistifs configurés pour charger ou décharger des premiers moyens capacitifs sur ledit convertisseur alternatif/continu bidirectionnel. 25 On peut cependant envisager une seconde mise en oeuvre de l'invention, selon laquelle l'installation photovoltaïque comprend autant de convertisseurs alternatif/continu bidirectionnels et de dispositifs de commande que de chariots de manutention, lesdits éléments étant embarqués sur lesdits chariots. En outre, des seconds moyens de connexion amovible sont agencés entre chaque chariot de manutention et le secondaire du convertisseur 30 continu/alternatif. Les seconds moyens de connexion amovible sont configurés pour éviter les arcs électriques lors du branchement ou du débranchement d'un chariot de manutention vis-à-vis du secondaire du convertisseur continu/alternatif, ce qui évite l'endommagement de la 3058600 5 connexion malgré la fréquence d'utilisation du chariot pour les opérations de manutention. De préférence, ces seconds moyens de connexion amovible comprennent un connecteur mâle et un connecteur femelle raccordés, par le biais de câbles, l'un sur le chariot et l'autre au secondaire du convertisseur continu/alternatif, et des seconds moyens résistifs configurés pour 5 charger ou décharger des seconds moyens capacitifs sur ledit convertisseur continu/alternatif. Selon l'invention, le dispositif de commande est constitué d'un automate de pilotage stratégique qui récupère les données du dispositif de comptage bidirectionnel et qui commande le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel soit en mode alternatif/continu pour charger la batterie du chariot de manutention, soit en mode continu/alternatif pour 10 restituer l'électricité sur le site industriel. Brève description des figures Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante s'appuyant sur des figures, parmi lesquelles : - La figure 1 illustre un premier mode de réalisation de l'installation photovoltaïque ; 15 - La figure 2 illustre un second mode de réalisation de l'installation photovoltaïque. Description détaillée Dans la suite de la description, les mêmes références sont utilisées pour décrire les mêmes caractéristiques selon les différentes variantes de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, l'installation photovoltaïque 1 comprend des panneaux photovoltaïques 2 20 qui permettent de générer une tension continue. Ces panneaux photovoltaïques 2 sont raccordés par l'intermédiaire d'un câble 3 au primaire 4a d'un convertisseur continu/alternatif 4 du type onduleur solaire qui est unidirectionnel, comme illustré par la flèche 5, et qui transforme une tension continue au primaire 4a en une tension alternative au secondaire 4b dudit convertisseur 4. 25 Le secondaire 4b du convertisseur continu/alternatif 4 est raccordé par le biais d'un câble de distribution 6 au réseau du fournisseur 7 et au réseau de câblage du site industriel 8. Un compteur d'énergie bidirectionnel 9 permet de compter, d'une part, la quantité d'électricité puisée du réseau du fournisseur 7 pour l'alimentation du site industriel 8 lorsque l'autoproduction d'énergie est insuffisante et, d'autre part, la quantité d'électricité injectée sur 30 ledit réseau du fournisseur 7 lors d'une surproduction d'électricité ne pouvant pas être 3058600 6 emmagasinée ou utilisée sur le site industriel 8. Bien qu'il soit de conception similaire, ce compteur d'énergie bidirectionnel 9 est complètement indépendant du compteur d'énergie bidirectionnel (non illustré) installé par le fournisseur 7 dans le but de compter le prix de vente et le prix de rachat de l'électricité. 5 Tel qu'illustré en figure 1, l'installation photovoltaïque 1 comprend des chariots de manutention 10. Sur cette figure 1, un seul chariot de manutention 10 est schématisé, le principe restant cependant identique avec plusieurs chariots de manutention 10, selon le nombre de chariots disponible pour les besoins de manutention sur le site industriel 8. L'installation photovoltaïque 1 comprend un convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 10 dont le primaire 1 la est raccordé en parallèle sur le câble de distribution 6 par le biais d'un câble 12, ce qui permet de le raccorder au secondaire 4a du convertisseur continu/alternatif 4. On pourrait toutefois raccorder en parallèle ce câble 12 n'importe où sur le réseau de câblage du site industriel 8. Tandis que le secondaire 1 lb du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 est raccordé au chariot de manutention 10 par le biais d'un câble 13 et d'un 15 système de connexion 14. Comme l'illustre la flèche 15 sur cette figure 1, le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 permet soit de transformer une tension alternative et en tension continue dans le premier sens de circulation allant du secondaire 4b du convertisseur continu/alternatif 4 vers le chariot de manutention 10 lorsque la production d'énergie solaire est supérieure au besoin d'énergie sur le site industriel 8, soit la transformation d'une tension 20 continue en une tension alternative dans le second sens de circulation allant du chariot de manutention 10 vers le site industriel 8 lorsque la production d'énergie solaire est insuffisante pour alimenter ledit site industriel 8. Tel qu'illustré en figure 1, l'installation photovoltaïque 1 comprend un automate 16 configure pour piloter le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 dans l'un ou l'autre 25 sens de conversion de l'énergie en fonction de la production d'énergie solaire et des besoins d'alimentation du site industriel 8. Pour cela, l'automate 16 récupère des données du compteur d'énergie bidirectionnel 9. Lorsque la production d'énergie solaire est supérieure au besoin électrique du site industriel 8, le surplus de production d'énergie devrait être injecté sur le réseau du fournisseur 7, comme cela est le cas sur les installations traditionnelles. Au 30 contraire, selon l'invention, le compteur d'énergie bidirectionnel 9 transmet cette donnée à l'automate 16 (comme l'illustre la flèche 17), lequel active le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 (comme l'illustre la flèche 18) pour que le surplus de production d'énergie solaire soit emmagasiné dans les batteries 19 rechargeables des chariots de manutention 10 3058600 7 plutôt que d'être injecté sur le réseau du fournisseur 7. Lorsque la production d'énergie solaire est insuffisante pour les besoins en électricité du site industriel 8, le compteur d'énergie bidirectionnel 9 détecte la nécessité de puiser de l'énergie sur le réseau du fournisseur 7, comme cela est le cas pour les installations traditionnelles. Au contraire, selon l'invention, le 5 compteur d'énergie bidirectionnel 9 transmet cette donnée à l'automate 16 qui bascule le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 pour que l'énergie emmagasinée dans les batteries 19 des chariots de manutention 10 branchés sur l'installation photovoltaïque 1 soit restituée pour les besoins en électricité du site industriel 8, plutôt que de puiser cette énergie sur le réseau du fournisseur 7. 10 En cas d'insuffisance d'énergie emmagasinée dans les batteries 19 des chariots de manutention 10 branchés ou en cas de nécessité de débrancher les chariots de manutention 10 pour des opérations de manutention, l'automate 16 neutralise le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 pour que l'électricité soit puisée sur le réseau du fournisseur 7 pour les besoins en alimentation du site industriel 8, pour autant que cette 15 énergie ne puisse pas être fournie directement par les panneaux photovoltaïques 2. Cela permet également d'éviter une décharge trop importante des batteries 19 au-delà d'un seuil critique. En cas de charge maximale des batteries 19 sur les chariots de manutention 10 atteinte, le surplus d'énergie solaire produit est alors injecté sur le réseau du fournisseur 7. 20 Le système de connexion 14 permet les branchements et les débranchements fréquents d'un chariot de manutention 10. Ce système de connexion 14 comprend un connecteur mâle 14a sur la première partie 13a du câble 13 raccordée au secondaire 1 lb du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 et un connecteur femelle 14b sur la seconde partie 13b du câble 13 raccordée au chariot de manutention 10. Les connecteurs mâle 14a et femelle 14b 25 peuvent être intervertis sur les première et seconde parties 13a, 13b du câble 13, sans modification du principe de fonctionnement. Une résistance avec détection de présence de la batterie (non illustrée) est intégrée au système de connexion 14, voire dans le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11, est permet la charge ou la décharge de la capacité intégrée dans le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11, ce qui évite la formation d'arcs 30 électriques lors des branchements et débranchement fréquents du chariot de manutention 10 pour des besoins d'utilisation. 3058600 8 Sur la variante de réalisation de l'installation photovoltaïque 1 de la figure 2, le principe reste identique à celui décrit précédemment pour la figure 1. On retrouve ainsi les panneaux solaires 2, le convertisseur continu/alternatif 4, le compteur d'énergie bidirectionnel 9, le réseau du fournisseur 7 et le site industriel 8 avec une même configuration de branchement 5 par le biais des câbles 3, 6. Contrairement à la réalisation de la figure 1, le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 et l'automate 16 sont embarqués sur le chariot de manutention 10. Cette conception nécessite donc d'avoir un convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 et un automate 16 par chariot de manutention 10. Le secondaire llb du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 est raccordé à la batterie 19 du chariot de 10 manutention 10 par le biais du câble 13. Tandis que le primaire 1 la du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 est raccordé indirectement au secondaire 4b du convertisseur continu/alternatif 4 par le biais du câble 12 et du système de connexion 14, ledit câble 12 étant branché en parallèle sur le câble de distribution 6 ou n'importe où sur le réseau de distribution du site industriel 8. Ce système de connexion 14 comprend, comme 15 précédemment, un connecteur mâle 14a et un connecteur femelle 14b permettant de brancher et débrancher fréquemment les deux parties 12a, 12b du câble 12 pour une utilisation du chariot de manutention 10. Le système de connexion 14 ou le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 comprend également une résistance avec détection de présence de la batterie (non illustrée) permettant de charger ou décharger la capacité intégrée au convertisseur 20 continu/alternatif 4 de sorte à éviter les arcs électriques lors des branchements et des débranchements du chariot de manutention 10. Selon ces deux variantes des figures 1 et 2, la transmission des données de comptage de l'énergie illustrée par la flèche 17 du compteur d'énergie bidirectionnel 9 vers l'automate 16 sera de préférence réalisée par le biais d'un connexion sans fil. La transmission des données 25 de commande illustrée par la flèche 18 entre l'automate 16 et le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel 11 est de préférence réalisée par une connexion filaire. Ainsi l'invention permet d'exploiter la production d'énergie solaire pour une autoconsommation sur le site industriel 8, en limitant au maximum le flux d'électricité sur le réseau du fournisseur 7. Cela permet également une recharge et une décharge journalière des 30 batteries 19 sur les chariots de manutention 10, ce qui améliore leur durée de vie. Le raccordement en parallèle du ou des convertisseurs alternatif/continu bidirectionnels 11 vis-à-vis du réseau de distribution du site industriel 8 permet avantageusement de réaliser des branchements et débranchements fréquents des chariots de manutention 10 n'importe où sur 3058600 9 ledit réseau de distribution, sans aucune incidence sur le fonctionnement normal du site industriel 8. La description détaillée qui précède des deux modes de réalisation de l'invention n'a aucun caractère limitatif Bien au contraire, elle a pour objectif d'ôter toute éventuelle 5 imprécision quant à sa portée. Ainsi, des variantes pourront être envisagées dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Installation photovoltaïque (1) d'un site industriel (8) comprenant : - au moins un panneau photovoltaïque (2) pour la production d'énergie solaire, - un convertisseur continu/alternatif (4) comprenant un primaire (4a) et un secondaire (4b), le primaire (4a) étant raccordé à l'au moins un panneau photovoltaïque (2), - un dispositif de comptage d'énergie bidirectionnel (9) raccordé, d'une part, au secondaire (4b) du convertisseur continu/alternatif (4) et, d'autre part, au réseau d'un fournisseur d'électricité (7), caractérisée en ce qu'elle comprend : - au moins un convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11) comprenant un primaire (11a) et un secondaire (1 lb), le primaire (11a) étant raccordé en parallèle au secondaire (4b) du convertisseur continu/alternatif (4) ; - au moins un dispositif de commande (16) configure pour piloter le convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11) en fonction de données de comptage fournies par le dispositif de comptage d'énergie bidirectionnel (9) ; - au moins un chariot de manutention (10) comprenant une batterie (19) rechargeable raccordée au secondaire (1 lb) du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11). 2. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 1, laquelle comprend un seul convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11) et un seul dispositif de commande (16), des premiers moyens de connexion amovible (13, 14) étant agencés entre la batterie (19) de l'au moins un chariot de manutention (10) et le secondaire (1 lb) du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11). 3. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 2, dans laquelle les premiers moyens de connexion amovible (13, 14) sont configurés pour éviter les arcs électriques lors du branchement ou du débranchement d'un chariot de manutention (10) vis-à-vis du secondaire (1 lb) du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11). 4. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 3, dans laquelle les premiers moyens de connexion amovible comprennent un connecteur mâle (14a) et un connecteur femelle (14b) raccordés l'un sur le chariot de manutention (10) et l'autre au secondaire (11b) du convertisseur alternatif/continu bidirectionnel (11), et des premiers moyens résistifs configurés pour charger ou décharger des premiers moyens capacitifs sur ledit convertisseur (11). 3058600 11 5. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 1, laquelle comprend autant de convertisseurs alternatif/continu bidirectionnels (11) et de dispositifs de commande (16) que de chariots de manutention (10), lesdits éléments étant embarqués sur lesdits chariots, des seconds moyens de connexion amovible (12, 14) étant agencés entre 5 chaque chariot de manutention (10) et le secondaire (4b) du convertisseur continu/alternatif (4). 6. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 5, dans laquelle les seconds moyens de connexion amovible (12, 14) sont configurés pour éviter les arcs électriques lors du branchement ou du débranchement d'un chariot de manutention 10 (10) vis-à-vis du secondaire (4b) du convertisseur continu/alternatif (4). 7. Installation photovoltaïque (1) selon la revendication 6, dans laquelle les seconds moyens de connexion amovible comprennent un connecteur mâle (14a) et un connecteur femelle (14b) raccordés l'un sur le chariot (10) et l'autre au secondaire (4b) du convertisseur continu/alternatif (4), et des seconds moyens résistifs configurés 15 pour charger ou décharger des seconds moyens capacitifs sur ledit convertisseur (4). 8. Installation photovoltaïque (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de commande (16) est constitué d'un automate.