Brevet FR3113525A1 — publié le 20220225

Dispositif de mesure et/ou de calcul en continu de la puissance électrique théorique que peut produire un générateur d'énergie solaire photovoltaïque et son application en matière de gestion du surplus d'énergie non utilisé. Un générateur d'énergie solaire photovoltaïque (G) est isolé du réseau public et alimente des appareils électriques (A). Toutefois à certaines périodes de la journée les appareils (AF) n'utilisent qu'une partie P2 de l'énergie solaire photovoltaïque théoriquement disponible P1, ce qui diminue la rentabilité économique et allonge le temps d'amortissement dudit générateur photovoltaïque (G). Afin de réduire cet inconvénient un dispositif (S), objet de l'invention, comprend une surface photovoltaïque réduite (V), indépendante du générateur photovoltaïque (G), qui est positionnée à proximité de celui-ci (G); ladite surface photovoltaïque réduite (V) est orientée de manière à recevoir proportionnellement la même irradiation solaire que les panneaux solaires (PV) de sorte que l'énergie solaire photovoltaïque théoriquement productible P1 peut être mesurée et/ou calculée par extrapolation et ainsi permet de connaître la valeur de l'énergie solaire disponible P3 qui vaut approximativement P1 – P2. Cette énergie disponible P3 est alors utilisée pour alimenter des appareils électriques (AV) dont la tension et/ou l'intensité électrique efficace peuvent varier de manière à consommer l'intégralité du surplus de puissance des panneaux solaires (PV). Titre de l’invention Dispositif de mesure et/ou de calcul en continu de la puissance électrique théorique que peut produire un générateur d'énergie solaire photovoltaïque et son application en matière de gestion du surplus d'énergie non utilisé DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine de l'énergie solaire photovoltaïque et plus particulièrement au domaine de la gestion de cette énergie afin d'optimiser la capture et le stockage de l'énergie photovoltaïque produite. ETAT DE LA TECHNIQUE Un dispositif de production d'énergie électrique par des panneaux solaires photovoltaïques comprend en général un ensemble de panneaux photovoltaïques associés entre eux pour produire une tension et un courant électrique aptes à alimenter soit des appareils électriques soit des batteries qui permettent le stockage momentané de cette énergie électrique qui n'a pas été utilisée sur le moment. En effet l'irradiation solaire est très variable et est fonction, entre autre, des heures de la journée, de l'ensoleillement et des saisons. Il est alors nécessaire de gérer au mieux l'énergie électrique solaire disponible pour, d'une part, alimenter les appareils en fonction de leur puissance électrique de consommation et en fonction de la puissance photovoltaïque disponible ; et d'autre part pour stocker l'énergie électrique solaire non utilisée afin de l'utiliser à d'autres moments, notamment la nuit. Cette gestion est assurée en général d'une manière automatique par un boîtier électrique de type « onduleur » qui mesure et redirige la puissance électrique disponible des panneaux solaires vers des appareils électriques connectés aptes à fonctionner sur le moment, ou vers un dispositif de stockage comme la charge de batteries électriques, ou encore le chauffage d'une réserve d'eau comme moyen de stockage thermique de ce surplus d'énergie. Une autre option rémunératrice est la vente du courant électrique par son injection dans un réseau électrique public. Cette gestion en temps réel de l'énergie électrique solaire disponible nécessite la mesure ou le calcul en continu de cette énergie électrique disponible. Or la majorité des boîtiers de type « onduleur » utilise la fonction d'injection du courant électrique dans le réseau public pour mesurer ce surplus énergie. D'un point de vue pratique un capteur de courant électrique est placé autour du fil électrique qui permet l'injection dans le réseau public afin de mesurer l'intensité du courant électrique « sortant », donc la présence d'un surplus de production d'énergie photovoltaïque. Ce test en continu permet de rediriger le surplus existant vers un moyen de stockage, électrique ou thermique. Toutefois certains systèmes photovoltaïques ne sont pas reliés à un réseau public et sont donc complètement isolé électriquement, ce qui ne permet pas de mesurer le surplus d'énergie électrique disponible de cette manière là, et donc de l'utiliser ou de le stocker électriquement ou thermiquement. Pour les systèmes photovoltaïques en site isolé (Off Grid), donc sans injection possible du courant électrique dans le réseau électrique public, la présence d'un surplus d'énergie photovoltaïque est détectée lors de la charge de la batterie, ce qui indique en effet que la puissance photovoltaïque du moment est supérieure à la puissance consommée par les appareils électriques connectés. Cette indication permet alors de mettre en parallèle le fonctionnement d'un dispositif de stockage du surplus d'électricité, comme par exemple l'alimentation de la résistance électrique d'un chauffe-eau, ceci par l'intermédiaire d'un gradateur de puissance qui fait varier la puissance de consommation dudit chauffe-eau proportionnellement à la puissance électrique photovoltaïque disponible en surplus. Cet automatisme prend en général en compte le niveau de charge de la batterie ainsi que les paramètres de charge de celle-ci, de manière à procéder à cette opération de stockage thermique seulement lorsque le niveau de charge de la batterie est supérieur à une consigne (car nécessité d'avoir une batterie chargée pour la nuit par exemple). Comme pour les systèmes photovoltaïques avec injection du courant dans un réseau public, les systèmes photovoltaïques isolés, sans injection dans un réseau public, nécessitent de multiple capteurs de fonctionnement, notamment au niveau de la batterie et/ou des caractéristiques de charge de ladite batterie, ce qui implique alors d'avoir des commandes électroniques qui s'adaptent à chaque type de batterie, ce qui rend le dispositif assez complexe et assez coûteux. BUT DE L'INVENTION Le but de l'invention est de décrire un nouveau dispositif de mesure et/ou de calcul en temps réel du surplus d'énergie électrique solaire photovoltaïque qui n'est pas utilisé par les appareils connectés, et d'utiliser ou stocker ce surplus, par exemple sous forme électrique, thermique ou chimique. Ledit dispositif aura l'avantage d'être indépendant du type de batterie utilisée, donc très simple, moins cher et permettra une gestion simplifiée des priorités de fonctionnement des appareils connectés en fonction de leur puissance de consommation. Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) comprenant : un ensemble de panneaux solaires photovoltaïques (PV) apte à produire à un instant T une puissance électrique maximale P1 qui est en partie fonction de l'intensité du rayonnement solaire reçu à cet instant T et de la puissance « crête » desdits panneaux solaires, plusieurs appareils électriques (A) alimentés par l'énergie électrique desdits panneaux solaires (PV), lesdits appareils électriques (A) consommant à cet instant T une puissance électrique totale mesurée qui vaut P2 inférieure à P1, un dispositif (S) de mesure et/ou de calcul de la puissance électrique photovoltaïque P3 qui reste disponible à la consommation à cet instant T et qui vaut approximativement P3 = P1 – P2, caractérisé en ce que ledit dispositif (S) de mesure et/ou de calcul de la puissance électrique photovoltaïque P3 qui reste disponible à la consommation à cet instant T comprend une surface photovoltaïque réduite (V), indépendante desdits panneaux solaires photovoltaïques (PV), positionnée à proximité de ceux-ci et orientée de manière à recevoir une irradiation lumineuse proportionnelle à celle reçue par les panneaux solaires (PV), la puissance P4 mesurée aux bornes de ladite surface photovoltaïque réduite (V) étant alors utilisée pour calculer par extrapolationladite puissance électrique théorique maximale P1 des panneaux solaires (PV) à l’instant T et pour en déduire la valeur du surplus de puissance électrique photovoltaïque P3 qui reste disponible à la consommation à cet instant T. Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mesures et les calculs de puissances optimales de P1 et/ou de P4 se font au travers d'un dispositif de type MPPT (« Maximum Power Point Traking ») Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance P4 mesurée aux bornes de la surface photovoltaïque réduite (V) et la puissance théorique calculée P1 des panneaux solaires (PV) sont liées par une relation mathématique, comme par exemple une relation de proportionnalité directe de type : P1 = ( x . P4) + z , x et z étant des valeurs fixes dépendantes des caractéristiques géométriques et photoélectriques des panneaux (PV) et de ladite surface photovoltaïque réduite (V). Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance électrique disponible P3 à un instant T alimente au moins un appareil électrique (AV) apte à fonctionner sous une tension ou une intensité électrique variable, donc avec une puissance de consommation variable (CV), comme par exemple une batterie électrique (B) dont l'intensité électrique de charge peut être variable, ou une résistance électrique (R) dont la puissance de chauffe peut être variable, ou encore un dispositif de pompage d'eau dont le débit hydraulique peut être variable; la puissance électrique consommée et extraite du surplus de puissance P3 fait alors augmenter la valeur de P2 qui fait baisser la valeur de P3, qui à son tour fait baisser la puissance de consommation variable (CV) des appareils (AV) aptes à fonctionner avec une puissance de consommation variable (CV), de sorte que cet asservissement met en place un équilibre dans lequel le surplus de puissance P3 est consommé en grande partie par lesdits appareils (AV) aptes à fonctionner avec une puissance de consommation variable (CV), cela sans modifier la consommation électrique des autres appareils (AF) en fonctionnement à ce moment-là (T) et dont la puissance de consommation est fixe. Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que certains desdits appareils électriques (AV) aptes à fonctionner sous une tension et/ou une intensité électrique variable, donc avec une puissance de consommation variable (CV), sont alimentés par une tension électrique de type PWM (« Pulse Width Modulation »). Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de la puissance consommée par lesdits appareils électriques (A) à un instant T s'effectue par la mesure de l'intensité électrique qui parcourt le ou les fils conducteurs issus des panneaux solaires (PV) et qui alimentent lesdits appareils électriques (A), à l’aide par exemple d’un capteur à effet Hall (T). Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (S) de mesure et/ou de calcul du surplus de puissance électrique P3 comprend au moins un dispositif (C1,C2) apte à transmettre les valeurs de P1, P2, P3, P4 d'une manière optique et/ou électromagnétique, comme par exemple des lampes dont la luminosité est proportionnelle soit à la puissance P4 disponible aux bornes de la surface photovoltaïque réduite (V), soit proportionnelle à la puissance P1 des panneaux solaires (PV), soit proportionnelle à la puissance disponible P3 des panneaux solaires (PV) ou encore proportionnelle à la valeur P2 de la puissance consommées par les appareils (A). Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif (G) n'a aucune connexion avec un réseau électrique public, et donc ne bénéficie d'aucun apport électrique en provenance dudit réseau public, et n'injecte aucun courant électrique dans ledit réseau électrique public. Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une interface électronique et une logique de gestion de l'énergie électrique produite par les panneaux solaires (PV) qui permettent de convertir le courant continu des panneaux solaires (PV) en un courant alternatif (onduleur) afin que celui-ci devienne compatible avec les appareils électriques connectés (A), notamment compatible avec la gestion de la charge et de la décharge d'une batterie électrique (B). Dispositif de production d'énergie électrique photovoltaïque (G) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure et/ou le calcul du surplus d'énergie photovoltaïque disponible P3 est utilisé pour mettre en fonctionnement, manuellement ou automatiquement, un ou plusieurs appareils (AF) dont la puissance de consommation fixe est compatible avec le surplus de puissance P3 disponible,le choix du ou desdits appareils (AF) mis en fonction étant effectué en fonction d'une grille de priorités définie par l'utilisateur.