Brevet FR3134282A1 — publié le 20231013

Procédé de pilotage d’un système agrivoltaïque, comprenant : - une ombrière comprenant des panneaux photovoltaïques mobiles disposés au-dessus d’un ensemble de plantes cultivées, - un système de commande et d’acquisition de données en temps réel, pour piloter la position horizontale, verticale ou angulaire des panneaux, et - un module d’optimisation, pour déterminer la position optimale des panneaux en fonction au moins du stade phénologique desdites plantes, en référence à un modèle comprenant pour chaque plante : un ensemble de stades phénologiques et une correspondance entre ledit stade et au moins l’un parmi : - un ensemble de besoins physiologiques ; - un ensemble de sensibilités agro-climatiques ; - un ensemble d’indicateurs agro-climatiques ; pour placer les plantes dans des conditions microclimatiques favorables à l’obtention d’un résultat agricole recherché tout en cherchant à atteindre un optimum de production d’énergie photoélectrique par rapport à une référence hors culture des plantes. Figure pour l’abrégé : Fig. 2. Procédé de pilotage d’un dispositif agrivoltaïque. La présente invention concerne le domaine de l’agrivoltaïsme, c’est-à-dire une production d'énergie électrique à l'aide de cellules photovoltaïques couplée à une production agricole, dont le but est de protéger les cultures des aléas climatiques et de moduler le microclimat face au changement climatique, afin d’assurer une production agricole viable, pérenne et une production électrique d’origine solaire sur une même surface. La production agricole est assurée par un ensemble de plantes cultivées. Les plantes peuvent être les mêmes ou différentes. La production électrique est assurée par un ensemble de panneaux photovoltaïques disposés sur une structure porteuse, recouvrant tout ou partie des plantes cultivées. Comme décrit ultérieurement, les panneaux photovoltaïques sont mobiles, par exemple pour suivre la course du soleil. L’optimisation de la production électrique consiste généralement à orienter les panneaux photovoltaïques perpendiculairement aux rayons solaires. Mais cette optimisation de production électrique peut s’avérer nuire à l’optimisation de la production agricole, par exemple du fait d’une ombre projetée par les panneaux photovoltaïques sur les plantes cultivées. Il existe des solutions qui cherchent à résoudre ce défi technologique, notamment par l’exemple qu’en donne le document de l’état de la technique antérieure FR3019274. La présente invention a pour but d’améliorer encore les solutions existantes. Au sens de la présente invention, on entend indistinctement « variété » et « cultivar ». La notion de « variété » n’est pas limitée à celle du rang taxonomique. Elle doit être comprise au sens de la présente invention comme la plante cultivée ou son type. On parlera donc de production agricole d’une « variété » d’arbres fruitiers, autant que de production agricole d’une « variété » de fraises, etc. En modifiant les conditions microclimatiques sous dispositif agrivoltaïque, la présente invention permet de réduire les stress abiotiques (hydrique, thermique et radiatif) pour les plantes, assurer leurs besoins physiologiques, les protéger contre les aléas climatiques, et permet de trouver une synergie entre la production agricole et la production électrique d’origine photovoltaïque. Plus précisément, l’invention concerne selon un premier de ses objets, un procédé de pilotage d’un dispositif agrivoltaïque, ledit dispositif agrivoltaïque comprenant : - un ensemble de panneaux photovoltaïques disposés au-dessus d’une zone comprenant un ensemble de plantes cultivées, - un ensemble d’actuateurs, configurés pour modifier la position dudit ensemble des panneaux, - une structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques, lesdits panneaux étant mobiles selon l’un au moins parmi : en rotation par rapport à un axe horizontal ; en translation dans un plan horizontal, en translation selon un axe vertical, de sorte à pouvoir adopter plusieurs positions horizontales, verticales ou angulaires grâce audit ensemble d’actuateurs, et disposés à une hauteur inférieure à une valeur prédéterminée d’un ensemble de plantes cultivées, l’ombre projetée sur les plantes par les panneaux photovoltaïques étant modifiée par le changement de position ou d’angle desdits panneaux, modifiant ainsi les conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées ; - un système de commande et d’acquisition de données en temps réel, configuré pour piloter la position horizontale, verticale ou angulaire de l’ensemble de panneaux photovoltaïques, – un serveur, configuré pour recevoir et stocker des données agro-climatiques et comportant un module d’optimisation comprenant des lignes de code définissant son fonctionnement et configuré pour émettre des instructions de commande au système de commande pour la position des panneaux photovoltaïques ; le procédé comprenant des étapes consistant à : - déterminer le stade phénologique auquel se trouvent lesdites plantes ; - recevoir, par un module d’optimisation, un ensemble de données agro-climatiques relatives à la zone comprenant un ensemble de plantes cultivées ; - calculer, par le module d’optimisation, un ensemble d’indicateurs agro-climatiques en fonction desdites données agro-climatiques, - émettre, par le module d’optimisation vers le système de commande, une instruction de commande, comprenant la position horizontale, verticale ou angulaire que doit adopter au moins un panneau photovoltaïque pour une période donnée, l’instruction de commande étant fonction de l’ensemble d’indicateurs agro-climatiques. En particulier, le calcul par le module d’optimisation d’un ensemble d’indicateurs agro-climatiques peut être mis en œuvre grâce à des modélisations prenant en compte l’impact des panneaux photovoltaïques sur le microclimat. On peut lier ces indicateurs aux conditions de bon développement des cultures par stade phénologique, permettant la construction du rendement et la qualité de la production agricole et calculer la production électrique grâce à une modélisation du productible électrique pour toute position des panneaux photovoltaïques. On peut prévoir que l’instruction de commande est déterminée par un algorithme d’optimisation, ayant été préalablement entrainé sur un jeu de données agro-climatiques composées de données construites grâce à des données issues d’historiques climatiques locaux et de modèles d’évolution climatiques, permettant de prendre des décisions pertinentes au regard de la variété des scénarios climatiques pouvant arriver. L’ensemble d’indicateurs agro-climatiques peut prendre en compte l’impact microclimatique du dispositif agrivoltaïque. En particulier, on peut prévoir que l’impact microclimatique du dispositif agrivoltaïque est pris en compte grâce à des modélisations du microclimat induit par le dispositif agrivoltaïque, comme l’ombre portée, la température de l’air, du sol, l’évapotranspiration potentielle, l’hygrométrie, le vent, l’humidité du sol, etc. en utilisant les données du module de calcul dimensionnel de l'ombrière. La production électrique peut prendre en compte l’ensemble des positions des panneaux photovoltaïques, grâce à une modélisation de la production électrique qui peut notamment calculer la perte de production électrique lorsque les panneaux ne sont pas dans une position angulaire correspondant à une production maximale. On peut prévoir de calculer, par le module d’optimisation, les besoins de modulation du microclimat et de protection pour les plantes en fonction des indicateurs agro-climatiques pertinents, spécifiques aux plantes cultivées, l’impact de ces indicateurs sur le rendement potentiel des plantes cultivées, pour chaque stade phénologique déterminé par ailleurs. On peut prévoir en outre une étape consistant à : - attribuer un poids à chaque indicateur agro-climatique calculé ; le poids attribué étant fonction du stade phénologique déterminé. Plus précisément, on peut prévoir d’attribuer un poids à chaque indicateur agro-climatique calculé et à la production électrique ; le poids attribué étant fonction de l’impact sur le rendement potentiel des cultures, fonction du stade phénologique déterminé et pouvant être positif ou négatif en fonction de son impact sur les productions agricoles et électriques. Ces poids permettent à l’algorithme d’optimisation de déterminer la position des panneaux, permettant d’assurer le bon développement des cultures tout en assurant une production électrique significative. On peut prévoir que les données agro-climatiques sont envoyées par l’un au moins parmi : - des capteurs agro-climatiques locaux, disposés sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques ; - des capteurs agro-climatiques distants, disposés à une distance inférieure à une valeur prédéterminée de la zone comprenant ledit ensemble de plantes cultivées, mais pas sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques ; - des capteurs satellitaires ; les données agro-climatiques pouvant également être : - des données d’historique enregistrées dans une mémoire ; et - des données de prévisions météorologiques. On peut prévoir au moins l’une des étapes parmi : - une détermination des besoins physiologiques desdites plantes par stade phénologique ; - une modélisation de la production électrique desdits panneaux photovoltaïques au moins par pas de temps et par la position relative desdits panneaux photovoltaïques et du soleil ; - un calcul dimensionnel de la structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques ; - une détermination des conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées du dispositif agrivoltaïque ; - une modélisation de résultat agricole recherché desdites plantes, en fonction des indicateurs agro-climatiques desdites plantes, pour chaque stade phénologique desdites plantes ; l’instruction de commande étant fonction de l’une au moins desdites étapes. On peut prévoir en outre des étapes consistant à : - détecter ou prévoir un événement climatique ou météorologique prédéterminé ; et - émettre une instruction de commande de la position horizontale, verticale ou angulaire d’au moins un panneau photovoltaïque, en fonction du moment auquel ledit événement climatique ou météorologique est prévu ou détecté. On peut prévoir en outre une étape consistant à simuler la production électrique du dispositif agrivoltaïque en fonction au moins de sa latitude et de la position relative des panneaux photovoltaïques par rapport au soleil, lesdits panneaux photovoltaïques pouvant être bifaciaux. On peut prévoir une étape d’apprentissage automatique, configurée pour optimiser simultanément la production d’électricité d'origine photovoltaïque et la production agricole desdites plantes, l’apprentissage étant basé sur lesdites données agro-climatiques. De préférence, l’entrainement de l’algorithme d’optimisation des instructions de commande des panneaux photovoltaïques utilise des données d’historique agro-climatiques, et permet un apprentissage grâce à des scénarios climatiques variés et diversifiés afin de générer des instructions de commande de la position des panneaux du dispositif agrivoltaïque maximisant les productions agricoles et électriques. On peut prévoir que l’étape consistant à déterminer le stade phénologique auquel se trouve lesdites plantes est mis en œuvre par déclaration, par date du calendrier, par traitement d’image desdites plantes, ou par cumul de degrés / jour, éventuellement incluant un effet d’ombrage. On peut prévoir que le dispositif agrivoltaïque est en outre relié à un ensemble d’au moins une station météorologique, éventuellement en réseau ; les données agro-climatiques reçues par le module d’optimisation étant issues au moins par ledit ensemble d’au moins une station météorologique. Selon un autre de ses objets, l’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées. illustre un dispositif agrivoltaïque selon l’art antérieur ; illustre un schéma fonctionnel pour la mise en œuvre d’un mode de réalisation du procédé selon l’invention ; illustre l’envoi de données agro-climatiques à un serveur selon l’invention. Procédé de pilotage d’un dispositif agrivoltaïque, ledit dispositif agrivoltaïque comprenant : - un ensemble de panneaux photovoltaïques disposés au-dessus d’une zone comprenant un ensemble de plantes cultivées, - un ensemble d’actuateurs, configurés pour modifier la position dudit ensemble des panneaux - une structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques, lesdits panneaux étant mobiles selon l’un au moins parmi : en rotation par rapport à un axe horizontal, en translation dans un plan horizontal, en translation selon un axe vertical, de sorte à pouvoir adopter plusieurs positions horizontales, verticales ou angulaires grâce audit ensemble d’actuateurs, et disposés à une hauteur inférieure à une valeur prédéterminée d’un ensemble de plantes cultivées, l’ombre projetée sur les plantes par les panneaux photovoltaïques étant modifiée par le changement de position ou d’angle desdits panneaux, modifiant ainsi les conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées, - un système de commande et d’acquisition de données en temps réel, configuré pour piloter la position horizontale, verticale ou angulaire de l’ensemble de panneaux photovoltaïques, – un serveur, configuré pour recevoir et stocker des données agro-climatiques, et comportant un module d’optimisation comprenant des lignes de code définissant son fonctionnement et configuré pour émettre des instructions de commande au système de commande pour la position des panneaux photovoltaïques ; le procédé comprenant des étapes consistant à : - déterminer le stade phénologique auquel se trouvent lesdites plantes ; - recevoir, par un module d’optimisation, un ensemble de données agro-climatiques relatives à la zone comprenant un ensemble de plantes cultivées ; - calculer, par le module d’optimisation, un ensemble d’indicateurs agro-climatiques en fonction desdites données agro-climatiques ; - émettre, par le module d’optimisation vers le système de commande, une instruction de commande comprenant la position horizontale, verticale ou angulaire que doit adopter au moins un panneau photovoltaïque pour une période donnée, l’instruction de commande étant fonction de l’ensemble d’indicateurs agro-climatiques. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape consistant à : - attribuer un poids à chaque indicateur agro-climatique calculé ; le poids attribué étant fonction du stade phénologique déterminé. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les données agro-climatiques sont envoyées par l’un au moins parmi : - des capteurs agro-climatiques locaux, disposés sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques; - des capteurs agro-climatiques distants, disposés à une distance inférieure à une valeur prédéterminée de la zone comprenant ledit ensemble de plantes cultivées, mais pas sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques ; - des capteurs satellitaires ; les données agro-climatiques pouvant également être : - des données d’historique enregistrées dans une mémoire ; et - des données de prévisions météorologiques. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins l’une des étapes parmi : - une détermination des besoins physiologiques desdites plantes par stade phénologique ; - une modélisation de la production électrique desdits panneaux photovoltaïques au moins par pas de temps et par la position relative desdits panneaux photovoltaïques et du soleil ; - un calcul dimensionnel de la structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques ; - une détermination des conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées du dispositif agrivoltaïque ; - une modélisation de résultat agricole recherché desdites plantes, en fonction des indicateurs agro-climatiques desdites plantes, pour chaque stade phénologique desdites plantes ; l’instruction de commande étant fonction de l’une au moins desdites étapes. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des étapes consistant à : - détecter ou prévoir un événement climatique ou météorologique prédéterminé ; et - émettre une instruction de commande de la position horizontale, verticale ou angulaire d’au moins un panneau photovoltaïque, en fonction du moment auquel ledit événement climatique ou météorologique est prévu ou détecté. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape consistant à simuler la production électrique du dispositif agrivoltaïque en fonction au moins de sa latitude et de la position relative des panneaux photovoltaïques par rapport au soleil, lesdits panneaux photovoltaïques pouvant être bifaciaux. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape d’apprentissage automatique, configurée pour optimiser simultanément la production d’électricité d'origine photovoltaïque et la production agricole desdites plantes, l’apprentissage étant basé sur lesdites données agro-climatiques. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape consistant à déterminer le stade phénologique auquel se trouve lesdites plantes est mis en œuvre par déclaration, par date du calendrier, par traitement d’image desdites plantes, ou par cumul de degrés / jour, éventuellement incluant un effet d’ombrage. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif agrivoltaïque est en outre relié à un ensemble d’au moins une station météorologique, éventuellement en réseau ; les données agro-climatiques reçues par le module d’optimisation étant issues au moins par ledit ensemble d’au moins une station météorologique. Programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.