Brevet FR3151705A1 — publié le 20250131

Dispositif photovoltaïque La présente description concerne un dispositif (3) comportant : au moins un capteur d’énergie photovoltaïque ; un élément (35) de stockage de l’énergie électrique récupérée par le capteur ; un circuit (37) de mesure de la tension aux bornes du capteur ; et un élément (39) de commutation entre d’une part le capteur et d’autre part l’élément de stockage et le circuit de mesure. Figure pour l'abrégé : Fig. 4 Dispositif photovoltaïque La présente description concerne de façon générale les capteurs photovoltaïques et, plus particulièrement les capteurs photovoltaïques destinés à des espaces intérieurs. La présente description s’applique plus particulièrement à des systèmes de gestion de l’éclairage dans des espaces intérieurs ou bâtiments intelligents (en anglais, smart building). Des capteurs photovoltaïques sont largement utilisés pour alimenter des éléments ponctuels dans des espaces intérieurs. Il peut s’agir d’alimenter des dispositifs dans une application IoT (Internet of Things, ou Internet des objets), des détecteurs de présence (par exemple, infrarouge), des caméras, des dispositifs d’éclairage, des boîtiers de commande, etc. Les panneaux photovoltaïques utilisés pour de tels capteurs sont généralement de petites tailles par rapport aux panneaux photovoltaïques installés en toiture de bâtiments ou dans des centrales photovoltaïques et peuvent revêtir diverses formes. Lorsqu’ils sont associés à des dispositifs d’éclairage, les capteurs photovoltaïques sont parfois également associés à des détecteurs infrarouges afin de contrôler l’allumage de l’éclairage. Ces dispositifs peuvent en outre être associés à un capteur de luminosité afin de contrôler le déclenchement de l’éclairage par rapport à un seuil d’obscurité. Il existe un besoin d’amélioration des installations d’éclairage intérieur en fonction de la luminosité. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des installation d’éclairage connues. Un mode de réalisation prévoit un dispositif comportant : au moins un capteur d’énergie photovoltaïque ; un élément de stockage de l’énergie électrique récupérée par le capteur ; un circuit de mesure de la tension aux bornes du capteur ; et un élément de commutation entre d’une part le capteur et d’autre part l’élément de stockage et le circuit de mesure. Selon un mode de réalisation, la mesure de la tension aux bornes du capteur photovoltaïque est effectuée à vide. Selon un mode de réalisation, la mesure est convertie en information de luminosité reçue par le capteur. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte en outre un écran occultant l’arrivée de la lumière sur le capteur dans un ou plusieurs directions périphériques. Selon un mode de réalisation, le capteur est constitué d’au moins un panneau photovoltaïque en forme de cône tronqué porté par un boîtier du dispositif. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte plusieurs panneaux concentriques. Selon un mode de réalisation, le ou les panneaux sont de type dans lesquels la puissance électrique maximale fournie est fixée par la cellule ou zone la moins éclairée du panneau. Selon un mode de réalisation, le capteur comporte un ou plusieurs panneaux photovoltaïques portés par une base d’un boîtier du dispositif. Selon un mode de réalisation, ledit écran constitue un élément saillant du boîtier. Un mode de réalisation prévoit un procédé de commande d’un dispositif tel que décrit, comportant une étape de commutation dudit élément de commutation pour qu’il relie le capteur au circuit de mesure, une position de repos de l’élément de commutation reliant le capteur à l’élément de de stockage d’énergie. Selon un mode de réalisation, ladite étape est périodique et d’une durée au moins 10 fois inférieure à la durée pendant dans laquelle l’élément de commutation relie le capteur à l’élément de stockage d’énergie entre deux commutations. Un mode de réalisation prévoit un système de gestion de l’éclairage d’un espace intérieur comportant : une ou plusieurs sources d’éclairage artificiel ; au moins un dispositif tel que décrit ; et un microcontrôleur asservissant le niveau de l’éclairage artificiel en fonction d’une consigne de luminosité. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d’un système de gestion de l’éclairage d’un espace intérieur ; la représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d’un dispositif du système de la ; la représente, de façon très schématique, un autre mode de réalisation d’un dispositif du système de la ; et la est une vue schématique et fonctionnelle du dispositif de la . De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation d’un panneau photovoltaïque n’a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec des panneaux photovoltaïques usuels. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à un dispositif photovoltaïque dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % ou 10° près, de préférence à 5 % ou 5° près. Les modes de réalisation décrits prévoient de tirer profit de la présence d’un panneau photovoltaïque dans un dispositif électrique ou électronique disposé dans un espace intérieur pour faciliter et optimiser l’asservissement du niveau d’éclairage artificiel dans cet espace intérieur. Plus particulièrement, les modes de réalisation décrits prévoient de faire l’économie d’un capteur de luminosité dédié et d’exploiter le capteur photovoltaïque pour estimer la luminosité de l’espace intérieur. Pour ce faire, le capteur photovoltaïque, équipant un dispositif électrique ou électronique, n’est pas relié directement et exclusivement à un élément de stockage d’énergie (batterie ou condensateur) du dispositif mais peut être relié soit à cet élément de stockage, soit à un circuit de mesure de la tension à vide du ou des panneaux du capteur. Ainsi, il devient possible d’exploiter la tension à vide pour estimer la luminosité ambiante au voisinage du dispositif. La représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d’un système de gestion de l’éclairage d’un espace intérieur. Dans cet exemple, un espace intérieur 1 est éclairé à la fois par de la lumière naturelle provenant d’une fenêtre ou ouverture sur l’extérieur 12 et par de la lumière artificielle provenant d’une source d’éclairage électrique 2. Un dispositif 3 selon les modes de réalisation décrits est placé (par exemple fixé) au plafond, par exemple à l’aplomb d’un bureau ou table de travail. Selon cet exemple, un objectif est d’homogénéiser et d’optimiser l’éclairement du poste de travail. Il s’agit d’un exemple mais le dispositif 3 peut également être placé au-dessus d’un atelier, d’un salon de lecture, d’un espace cuisine, d’un espace de relaxation et, plus généralement, dans tout espace intérieur que celui-ci bénéficie, ou non, de lumière naturelle en plus de la lumière artificielle. Le système de gestion de l’éclairage artificiel comporte en outre un dispositif ou contrôleur 5 (typiquement un microcontrôleur) comportant ou associé à des moyens de communication, de préférence radiofréquence, avec le dispositif 3 et la source 2. Le microcontrôleur peut faire partie d’un dispositif de commande 5 distinct ou être intégré dans le dispositif 3 ou dans la source 2. La représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d’un dispositif 3 du système de la . Le dispositif 3 a, dans cet exemple, une forme générale cylindrique. Le dispositif 3 comporte, entre autres, un capteur d’énergie photovoltaïque 31 sous la forme, ici, d’une panneau photovoltaïque circulaire (ayant la forme d’un disque) et placé en face inférieure d’un boîtier 33 du dispositif 3. Le boîtier 33 du dispositif définit un logement pour différents éléments parmi lesquels : un élément 35 de stockage de l’énergie électrique récupérée par le capteur 31, cet élément de stockage pouvant être, selon les applications, une ou plusieurs batteries et/ou un ou plusieurs condensateurs ; un circuit 37 de mesure de la tension aux bornes du capteur 31, ce circuit exploitant par exemple la mesure de la tension à vide aux bornes du capteurs pour fournir une information sur la luminosité captée par le capteur 31 ; et un élément ou circuit 39 de commutation entre, d’une part, le capteur 31 et, d’autre part, l’élément de stockage 35 et le circuit de mesure 37. Le circuit de commutation 39 a pour rôle de relier les bornes du panneau photovoltaïque 31 soit à l’élément de stockage d’énergie 35 via un convertisseur d'énergie pour adapter les niveaux de tensions entre le panneau 31 et l'élément de stockage 35, soit au circuit de mesure 37. Lorsqu’il est relié au circuit de mesure 37, le panneau 31 peut être considéré à vide, c’est-à-dire qu’il ne fournit pas d’énergie. Par exemple, le circuit de mesure 37 a une impédance d’entrée suffisamment élevée pour ne pas perturber le résultat de la mesure. Le circuit 37 mesure alors la tension à vide aux bornes du panneau 31. Cette tension à vide est représentative de l’éclairement reçu par le panneau 31, donc de la luminosité ambiante. L’information de luminosité est transmise au dispositif d’asservissement 5 et interprétée par le microcontrôleur qu’il comporte. Le microcontrôleur adapte alors l’intensité de la source d’éclairage 2 afin de maintenir l’éclairement du poste de travail 4 à une valeur de consigne. La mesure est, de préférence, effectuée périodiquement, afin d’adapter l’éclairage du poste de travail 4. Par conséquent, la commutation de la connexion du capteur 31 entre l’élément de stockage 35 et le circuit de mesure 37 est effectuée périodiquement, par exemple avec une périodicité comprise entre la minute et l’heure, de préférence inférieure à 5 minutes. Par ailleurs, afin de préserver la fourniture d’énergie par le capteur 31 au dispositif 3, la durée des périodes dans lesquelles le capteur 31 est reliée au circuit de mesure 37 est inférieur, dans un rapport d’au moins 10, de préférence de l’ordre de 20, à la durée pendant laquelle le capteur 31 est relié à l’élément de stockage d’énergie 35. Dans les modes de réalisation décrits, on cherche à mesurer ou estimer la luminosité à la verticale (à l’aplomb) du dispositif 3. En particulier, on cherche à limiter l’influence de la lumière naturelle arrivant par la fenêtre 12. Or, le panneau photovoltaïque 31 est susceptible de capter de la lumière, y compris de la lumière naturelle, notamment s’il n’est pas suffisamment éloigné d’une fenêtre ou ouverture sur l’extérieur. Ainsi, dans le mode de réalisation de la , le dispositif 3 est équipé d’un écran 6 occultant la lumière provenant de la fenêtre 12. Cet écran occultant 6 est, par exemple, formé d’une jupe, plus précisément, d’un tronçon de jupe disposé pour masquer le panneau 31 aux rayons de lumière naturelle provenant de la fenêtre 12. Ainsi, le panneau 31 capte majoritairement la lumière provenant du bas, donc du poste de travail 4. En fonction de l’environnement du dispositif, celui-ci peut être équipé de plusieurs tronçons de jupe 6 afin de masquer les rayons provenant source de la lumière naturelle dans plusieurs directions périphériques du panneau 31. En variante, la jupe est complète, c’est-à-dire entoure toue le capteur 31 de façon à concentrer la mesure de luminosité à l’aplomb de la zone d’intérêt 4 (poste de travail ou autre). La représente, de façon très schématique, un autre mode de réalisation d’un dispositif du système de la . Selon ce mode de réalisation, le capteur 31 est constitué d’un ou plusieurs (plusieurs dans l’exemple représenté) panneaux photovoltaïques 312 en forme de cônes tronqués de révolution circulaire. Par exemple, plusieurs panneaux 312 coniques concentriques de diamètre différents sont portés par un boîtier 33 conique du dispositif 3. Le cône est orienté avec son diamètre le plus grand (sa base) côté plafond de l’espace intérieur 1. Ainsi, les panneaux photovoltaïques 312 captent majoritairement de la lumière à l’aplomb du dispositif 3. Le mode de réalisation de la permet d’éviter le recours à un ou plusieurs tronçons occultants pourvu de disposer de panneaux 312 continus, c’est-à-dire que chaque panneau 312 fait le tour du dispositif. Dans ce cas, l’éclairement capté pendant les périodes de mesure (donc la mesure de luminosité) se trouve homogénéisé que cette luminosité soit artificielle 14 et provienne de l’espace intérieur 1 ou de la lumière naturelle 16. De préférence, on a alors recours à des panneaux photovoltaïques 312 souples rapportés (enroulés) sur le boîtier 33 et connecté en parallèle ou en série selon les besoins de l’application. La est une vue schématique et fonctionnelle du dispositif de la . Dans l’exemple de la , l’élément de stockage d’énergie 35, le circuit de mesure 37 et le circuit de commutation 39 sont représentés hors du dispositif 3. On notera cependant qu’en pratique, ils font partie du dispositif 3 et sont à l’intérieur du boîtier 33. La illustre un exemple fonctionnel de connexion dans lequel la bornes positive (+) du capteur 31 (panneaux 312 connectés en parallèle ou en série) est relié à une première borne 392 du circuit de commutation. Un commutateur K relie cette borne 392 soit à une deuxième borne 394, soit à une troisième borne 396, et est commandé par un signal reçu du contrôleur 5 sur une borne 398. La borne 394 est reliée à une borne de l’élément de stockage d’énergie 35 (par exemple, une électrode positive d’un condensateur ou d’un régulateur de tension relié à une batterie). La borne 396 est reliée à une première borne (positive) du circuit de mesure 37. Les bornes de potentiel de référence ou négative de l’élément 35 et du circuit 37 sont reliées (le cas échéant par un commutateur commandé par le circuit 5 comme le commutateur K) à la borne négative (-) du capteur 31. Le circuit 37 est par ailleurs relié au contrôleur 5 chargé d’interpréter les mesures. La représentation de la n’est que schématique et fonctionnelle et de nombreuses réalisations pratiques à la portée de la personne du métier pourront être envisagées en fonction de l’application et notamment de la nature du dispositif 3. Chaque panneau photovoltaïque entoure complètement le dispositif. De préférence, on choisit une technologie de panneau dans laquelle la puissance produite par un panneau est limitée par la cellule la moins éclairée du panneau, donc la zone la moins éclairée de la circonférence. Ainsi, la tension produite est limitée par la zone la moins éclairée. On tire profit, de ce qui peut autrement apparaitre comme un inconvénient, pour mesurer et réguler la luminosité autour de la zone d'intérêt 4. Ceci est particulièrement avantageux dans le cas d'un poste de travail car une inhomogénéité de l'éclairement dans la zone provoque fatigue visuelle et baisse d'efficacité cognitive. En particulier, dans le cas d'un éclairage classique de type lampe de bureau individuelle, la vision périphérique est plongée dans la pénombre. La mise en œuvre de la solution décrite avec des panneaux solaires du type décrit ci-dessus permet d'ajuster l'éclairement en fonction de la zone périphérique la plus sombre (par exemple, on considère que 500 lux est un niveau adapté à un travail de bureau). Lors de l’installation d’un dispositif 3 dans un espace intérieur 1, une fois le dispositif 3 en place, on met en œuvre une procédure de calibration du système en fonction de cet espace intérieur et de ses particularités et notamment des positions des points d’entrée de lumière naturelle et des sources de lumière artificielle 2. Par exemple, on effectue une ou plusieurs mesures de la luminosité avec un appareil dédié, par exemple, un luxmètre, que l’on enregistre ou transmet au contrôleur 5, et on transmet en parallèle, la ou les valeurs correspondantes de la tension à vide aux bornes du capteur 3 mesurées par le dispositif 3. Le microcontrôleur (programmé de façon adéquate) peut alors calibrer ou étalonner le système. Cet étalonnage permet ensuite d’ajuster la luminosité à une valeur de consigne enregistrée dans le contrôleur 5 de façon fiable. Une phase d’étalonnage ou de calibration est effectuée, de préférence, à chaque changement de l’environnement du dispositif 3 dans l’espace intérieur 1 (par exemple, déplacement des sources lumineuses 2, installation ou suppression d’une source lumineuse 2, modification de la position d’objets tels que des meubles susceptibles de modifier (de façon statique) l’environnement lumineux du dispositif 3. Un dispositif tel que décrit, notamment dans son mode de réalisation de la , peut être associé à un détecteur infrarouge du type décrit dans la demande internationale PCT/EP2023/065745. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, le choix entre les modes de réalisation des figures 2 et 3 dépend, entre autres, de la fonction du dispositif 3 et de son implantation. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. En particulier, la réalisation pratique du contrôleur électronique d’asservissement de l’intensité d’éclairage en fonction d’une consigne et de l’information de luminosité obtenue à partir du dispositif décrit est à la portée de la personne du métier. Il en est de même pour l’intégration des éléments du dispositif décrit dans un dispositif électrique ou électronique qu’il s’agisse d’un dispositif d’éclairage ou d’un dispositif remplissant d’autres fonctions (détecteur infrarouge, ventilateur, etc.). Dispositif (3) comportant : au moins un capteur (31) d’énergie photovoltaïque ; un élément (35) de stockage de l’énergie électrique récupérée par le capteur ; un circuit (37) de mesure de la tension aux bornes du capteur ; et un élément (39) de commutation entre d’une part le capteur et d’autre part l’élément de stockage et le circuit de mesure. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la mesure de la tension aux bornes du capteur photovoltaïque (31) est effectuée à vide. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la mesure est convertie en information de luminosité reçue par le capteur (31). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre un écran (6) occultant l’arrivée de la lumière sur le capteur (31) dans un ou plusieurs directions périphériques. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le capteur (31) est constitué d’au moins un panneau photovoltaïque (312) en forme de cône tronqué porté par un boîtier (33) du dispositif (3). Dispositif selon la revendication 5 comportant plusieurs panneaux (312) concentriques. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le ou les panneaux sont de type dans lesquels la puissance électrique maximale fournie est fixée par la cellule ou zone la moins éclairée du panneau. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le capteur (31) comporte un ou plusieurs panneaux photovoltaïques portés par une base d’un boîtier (33) du dispositif (3). Dispositif selon les revendications 4 et 8, dans lequel ledit écran (6) constitue un élément saillant du boîtier (33). Procédé de commande d’un dispositif (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comportant une étape de commutation dudit élément de commutation (39) pour qu’il relie le capteur (31) au circuit de mesure (37), une position de repos de l’élément de commutation reliant le capteur à l’élément de de stockage d’énergie (35). Procédé selon la revendication 10, dans lequel ladite étape est périodique et d’une durée au moins 10 fois inférieure à la durée pendant dans laquelle l’élément de commutation (39) relie le capteur (31) à l’élément de stockage d’énergie (35) entre deux commutations. Système de gestion de l’éclairage d’un espace intérieur (1) comportant : une ou plusieurs sources (2) d’éclairage artificiel ; au moins un dispositif (3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 ; et un microcontrôleur (5) asservissant le niveau de l’éclairage artificiel en fonction d’une consigne de luminosité.