Brevet FR3153203A1 — publié le 20250321

Le problème à résoudre est, pour une installation photovoltaïque (1), d’utiliser un « routeur solaire » (6) normalement conçu pour fonctionner avec un raccordement à un réseau de distribution électrique (On-Grid), et de le faire fonctionner même sans raccordement (Off-Grid) à ce réseau de distribution électrique. La solution est d’utiliser un boîtier de calcul (10) électronique qui mesure en temps réel le surplus d’énergie photovoltaïque non consommé grâce d’une part à un capteur de luminosité (8), et grâce d’autre part à un capteur d’intensité (15a ou 15b) positionné sur le câble d’alimentation (en entrée ou en sortie) de l’onduleur (3). Le signal (12) généré par ledit boîtier calculateur / adaptateur (10) est alors compatible avec le fonctionnement dudit « routeur solaire » (6). Figure pour l'Abrégé : [Fig.1] Adaptateur Off-Grid pour routeur solaire photovoltaïque On-Grid Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de l'énergie solaire photovoltaïque et plus particulièrement au domaine des « routeurs solaires » qui mesurent et gèrent le surplus d'énergie photovoltaïque qui devient disponible lorsque le générateur photovoltaïque, au regard de son ensoleillement, alimente des appareils électriques avec une puissance qui est inférieure à son potentiel de production du moment. Arrière-plan technique Un générateur photovoltaïque solaire produit un courant électrique continu qui est transformé par un onduleur en un courant électrique alternatif qui alimente des appareils électriques lorsque la puissance de production électrique solaire potentielle du générateur est supérieure ou égale à la puissance électrique de consommation demandée par lesdits appareils électriques, y compris les appareils de stockage de l'énergie électrique qui peuvent être de type batterie électrique, chimique ou thermique. En général lorsque la puissance de production potentielle du générateur est supérieure à la puissance électrique de consommation demandée par lesdits appareils électriques, il y a un surplus d'énergie électrique qui n'est pas consommé, ni stocké, et qui est alors perdu. Cela arrive le plus souvent durant les périodes de fort ensoleillement, par ciel clair et lorsque le soleil est haut dans le ciel et que peu d'appareils électriques, ou des appareils de faible puissance, fonctionnent à ce moment-là. Afin de gérer au mieux ce surplus d'énergie potentiel, certains onduleurs mesurent ce surplus d'énergie en temps réel et le réinjecte sous forme d'un courant électrique, dans un réseau de distribution électrique public qui est branché sur le générateur photovoltaïque. Toutefois lorsque ledit générateur photovoltaïque n'est pas branché sur un réseau de distribution électrique public, de nombreux onduleurs ne savent pas rediriger la totalité de ce surplus de puissance photovoltaïque vers des appareils électriques qui pourraient alors consommer la totalité de ce surplus. Il existe des dispositifs qui détectent la présence d'un surplus d'énergie et qui actionnent momentanément des appareils électriques dont la puissance de fonctionnement est théoriquement inférieure à celle de la puissance disponible, avec cet inconvénient de devoir gérer d'une manière complexe plusieurs appareils de puissances et de priorités différentes avec un ensoleillement en temps réel très variable. D'autres dispositifs de type « routeurs solaire » existent qui permettent d'une manière relativement simple une consommation de la totalité du surplus de l'énergie photovoltaïque, mais la mesure dudit surplus en temps en réel se fait par la pose d'un capteur de courant alternatif sur le câble électrique utilisé par l'onduleur pour la réinjection de ce surplus vers un réseau de distribution électrique public. Ces dispositifs ne fonctionnent donc pas en site isolé (Off-Grid en langage anglo-saxon) puisqu’’il n’y a pas de connexion avec un réseau de distribution électrique public comme cela est très souvent le cas dans les pays en voie de développement. On connaît un dispositif breveté (N°FR2008557 du 19/08/2020) qui permet la détermination et la gestion du surplus d'énergie électrique potentiellement disponible aux bornes d'un générateur photovoltaïque même lorsque celui-ci n'est pas connecté à un réseau de distribution électrique; ledit dispositif breveté détermine en effet le surplus d'énergie électrique grâce à un capteur de courant continu qui est traversé à la fois par le câble électrique qui sort des panneaux solaires photovoltaïques et dont l'intensité du courant électrique qui le parcourt représente la puissance électrique consommée en temps réel par les appareils, et à la fois par le câble électrique qui sort d'une cellule photovoltaïque témoin qui est placée et orientée en extérieur pour recevoir le même ensoleillement que les panneaux solaires dudit générateur de manière à ce que le courant électrique qui parcourt ledit câble représente en temps réel la puissance électrique maximum potentielle que pourrait fournir ledit générateur, cela en fonction de la puissance théorique du générateur et de l'intensité de l'ensoleillement du moment ; ledit capteur de courant continu mesure la différence entre les deux intensités des deux courants qui circulent en sens opposé dans les deux câbles ; cette mesure représente alors le surplus d'énergie photovoltaïque disponible qui pourra être consommé en totalité et en temps réel par des appareils annexes. Toutefois ce dispositif breveté ne peut que remplacer les « routeurs solaires » déjà existant sur le marché et qui fonctionne avec une connexion à un réseau public de distribution électrique (On-Grid). Il serait plus économique de conserver lesdits « routeurs solaires » du marché (souvent très sophistiqué) et de leur donner un moyen peu onéreux de fonctionner en mode hors connexion avec un réseau public d’électricité (Off-Grid en dénomination anglo-saxonne). Présentation de l'invention Le but de l'invention est donc de décrire un dispositif qui se connecte à un « routeur solaire » de type (On-Grid) qui ne fonctionne, à la base, qu’en présence d’un réseau électrique public, de manière à le rendre fonctionnel même en l’absence d’un réseau électrique public (Off-Grid). Un dispositif photovoltaïque comprend : au moins un panneau solaire photovoltaïque (1) apte à produire un courant électrique continu proportionnel à l'intensité du rayonnement solaire (2) qu'il reçoit, un onduleur (3) apte à transformer ledit courant électrique continu en un courant électrique sinusoïdal, un premier ensemble d'au moins un appareil électrique (5) alimenté par ledit courant électrique sinusoïdal, un deuxième ensemble d'au moins un appareil électrique (7) alimenté par ledit courant électrique sinusoïdal, un routeur solaire (6) apte à orienter le surplus d'énergie photovoltaïque non consommé par ledit premier ensemble d'au moins un appareil électrique (5) vers ledit deuxième ensemble d'au moins un appareil électrique (7), ledit routeur solaire (6) est apte à recevoir un signal électrique sinusoïdal (13) généré par un capteur d'intensité électrique (14) positionné autour du câble d'alimentation du réseau électrique public (4) et qui est représentatif de l'intensité du courant électrique qui est injecté par ledit onduleur (3) dans un réseau électrique public (4), ledit routeur solaire (6) comprend au moins un connecteur électrique (A) apte à recevoir et à traiter ledit signal électrique sinusoïdal (13), un dispositif (B) de calcul du surplus d'énergie photovoltaïque disponible et non consommé, comprenant (sous les références : 8,9,11a ou 11b,12,15a ou 15b) : un câble parcouru par un signal électrique (9) connecté à un capteur photoélectrique (8) qui reçoit le même rayonnement solaire (2) que celui reçu par lesdits panneaux photovoltaïque (1), et qui transmet à chaque instant un signal électrique (9) représentatif de l’intensité électrique maximale que pourrait produire lesdits panneaux solaires (1) ; ledit capteur photoélectrique (8) peut être par exemple: une photorésistance, un phototransistor, une photodiode, un pyranomètre, une surface photovoltaïque. un câble parcouru par un signal électrique (11a), connecté au moyen d’un capteur d’intensité électrique (15a), au circuit électrique situé à la sortie des panneaux solaires (1) ou un câble parcouru par un signal électrique (11b) connecté au moyen d’un capteur d’intensité (15b) au circuit électrique situé à la sortie de l'onduleur (3), (ou éventuellement connecté à l’onduleur (3) lui-même) et qui transmet à chaque instant ledit signal électrique (11a continu ou 11b sinusoïdal) représentatif de l’intensité électrique produite par lesdits panneaux solaires (1) ; un boîtier (10) électrique qui reçoit les signaux (9, 11a ou 11b) et qui fait le calcul de la différence entre la puissance de production potentielle des panneaux solaires (1) et la puissance réellement consommées par les appareils électriques (5, 7) ; ledit boîtier (10) qui fait le calcul du surplus d'énergie photovoltaïque est caractérisé en ce qu’il génère un signal électrique sinusoïdal (12) qui est représentatif dudit surplus d'énergie photovoltaïque et qui est identique (ou compatible et interchangeable) avec ledit signal électrique sinusoïdal (13) qui est reçu et traité par ledit routeur solaire (6) ; de sorte que ledit signal électrique (12) peut être reçu et géré par ledit routeur solaire (6) au moyen dudit connecteur (A) et en remplacement dudit signal (13) ; ce dit boîtier (10) de calcul du surplus d'énergie photovoltaïque permet ainsi de faire fonctionner le routeur solaire (6) même en l'absence (Off-Grid en terminologie anglo-saxonne ) du réseau électrique public (4). Dans un mode de réalisation avantageux ledit boîtier de calcul (10) calcule le surplus d’énergie photovoltaïque au moyen d’un microcalculateur électronique ou au moyen d’un circuit électronique, connu de l’homme de métier, de manière à traiter les signaux (9) et (11a ou 11b) reçus par les câbles connectés et à générer un signal électrique (12) dont les caractéristiques en intensité, en tension et en fréquence sont identiques ou compatible, avec ledit signal (13) qui est émis par le capteur d'intensité électrique (14) positionné autour du câble d'alimentation du réseau électrique public (4). Dans un autre mode de réalisation ledit boîtier (10) de calcul du surplus d’énergie photovoltaïque génère un signal (12) qui est transmis audit routeur solaire (6) au moyen de tout type de transmission numérique ou analogique, filaire (câble électrique), Hertzien (ondes électromagnétiques) ou optique (fibre optique ou optoélectronique). Description détaillée de l'invention L'invention est maintenant décrite d'une manière plus détaillée à l'aide de la figure annexée. FIG. 1 représente un schéma de principe de ladite invention. Un dispositif photovoltaïque comprend un générateur photovoltaïque composé de panneaux solaires photovoltaïques (1) qui reçoivent le rayonnement solaire (2) et le transforme en un courant électrique continu. Un onduleur (3) transforme ledit courant électrique continu en un courant électrique alternatif sinusoïdal. Ledit onduleur (3) reçoit également une alimentation électrique d’un réseau électrique public (4) lorsque la puissance du générateur photovoltaïque n’est pas suffisante. Ledit onduleur (3) alimente d’une part des appareils électriques (5) et un boîtier de gestion du type « routeur solaire » (6) dont la fonction est d’analyser le surplus de puissance électrique qui n’est pas consommé par lesdits appareils électriques (5) et d’alimenter d’autres appareils électriques (7) avec ce surplus de puissance. Ledit « routeur solaire » (6) reçoit le signal sinusoïdal (13) d’un capteur d’intensité (14) de type « transformateur torique » qui est placé autour du câble issu du réseau électrique public (4) qui est branché sur ledit onduleur (3). Ledit onduleur (3) peut recevoir du courant électrique dudit réseau (4) ou bien injecter le surplus de puissance du générateur photovoltaïque (1) dans ledit réseau électrique public (4). Lorsque l’onduleur (3) injecte le surplus de puissance photovoltaïque dans le réseau électrique (4), le capteur d’intensité (4) envoie un signal (13) sinusoïdal audit boîtier « routeur solaire » qui le reçoit au moyen d’une connexion électrique (A), ledit signal (13) étant représentatif de l’intensité dudit courant injecté. Ledit « routeur solaire » alimente alors les autres appareils (7) avec le surplus de puissance, de manière à ce que le courant injecté dans ledit réseau public s’approche de zéro. Lorsque le dispositif photovoltaïque n’est pas raccordé à un réseau public de distribution d’électricité (4) le « routeur solaire » (6) ne peut pas fonctionner. Afin d’utiliser au maximum le surplus de puissance photovoltaïque potentiel qui n’est pas consommé, le dispositif (B) selon l’invention comprend d’une part : un capteur d’intensité (15a) placé sur un des câbles électriques situés entre les panneaux solaires (1) et l’onduleur (3), ou un capteur d’intensité (15b) placé entre l’onduleur (3) et les appareils électriques (5), de sorte que l’intensité électrique mesurée (en courant sinusoïdal (11b) ou en courant continu (11a)) soit représentative de la puissance électrique générée en temps réel par le générateur photovoltaïque (1), et d’autre part : un capteur de luminosité (8) qui mesure en temps réel l’intensité du rayonnement solaire (2), par exemple une cellule photovoltaïque, et qui fournit un signal électrique (9) représentatif de la puissance solaire du moment et donc de la puissance maximale que pourrait produire le générateur photovoltaïque (1) ; lesdits signaux électriques (11a ou 11b) et (9) issus des capteurs d’intensités (15a ou 15b et 9) sont analysés par un boîtier (10) électronique apte à calculer la différence S entre la puissance potentielle maximale de la production du générateur (1) et la puissance de consommation réelle de tous les appareils (5 et 7). Cette différence S est alors transformée en un signal électrique (12) représentatif de cette différence S, et envoyé au connecteur (A) du « routeur solaire » (6). Ledit signal électrique (12) est alors identique, ou compatible, à celui (13) qu’aurait généré le capteur d’intensité (14) si le dispositif photovoltaïque avait été relié à un réseau public d’électricité (4). Le « routeur solaire » (6) peut alors fonctionner en alimentant les autres appareils électrique (7) avec le surplus de puissance ainsi mesuré par le boîtier de calcul (10). En définitive le boîtier (10) de calcul du surplus potentiel de puissance photovoltaïque a permis de faire fonctionner ledit « routeur solaire » (6) alors même que celui-ci n’était pas branché (Off-Grid) sur un réseau public de distribution d’électricité (4). Exemples Un exemple de réalisation comprend un dispositif photovoltaïque d’une puissance de 3 kWc (trois kilowatts crête) équipé d’un onduleur hybride apte à fonctionner au choix en mode connecté « On-Grid » à un réseau public comme EdF en France, et aussi en mode hors réseau « Off Grid » notamment avec une batteries de secours au lithium de 2,4 kWh d’autonomie. Grâce à un contrat EdF, l’onduleur est apte à injecter et à vendre le surplus de puissance solaire dans le réseau EdF. Mais le contrat est à durée limitée et le coût de vente du kWh à EdF est devenu très bas. L’utilisateur a donc rompu son contrat avec EdF pour faire l’autoconsommation de sa production photovoltaïque. Toutefois pour gérer au mieux sa production d’électricité l’utilisateur a besoin d’un « routeur solaire » qui alimentera notamment son ballon d’eau chaude sanitaire lorsque les autres appareils de la maison ne seront pas utilisés. Mais les « routeurs solaires » du marché ne fonctionnent pas lorsqu’il n’y pas d’injection du surplus solaire dans le réseau. L’utilisateur s’équipe alors d’un adaptateur Off-Grid selon l’invention (10) et le branche à proximité de l’onduleur (3) de manière à placer le capteur d’intensité (de type transformateur) (15b) sur le câble de sortie de l’onduleur (3). Il branche également une cellule photovoltaïque (8) au boîtier (10) de sorte que la cellule soit bien orientée parallèlement aux panneaux photovoltaïques (1) de son installation. Enfin il branche le câble signal (12) entre ledit boîtier (10) et la prise signal (A) du « routeur solaire » (6) du marché. Ledit « routeur solaire » (6) est branché et reçoit l’alimentation électrique 230V sinusoïdal de l’onduleur (3). Ledit « routeur solaire » (6) alimente alors deux chauffe-eau électriques (7) de 1,5 kW de puissance chacun. Ledit boîtier (10) mesure en temps réel la luminosité du ciel (2) et la consommation électrique de la maison au travers du capteur (15b). Il calcule au moyen d’un microcalculateur la différence à chaque moment entre l’intensité de la cellule (8) de référence et l’intensité qui sort de l’onduleur (3) et qui représente l’intensité de la production photovoltaïque consommée par les appareils (5 et 7) de la maison. Le calcul de cette différence d’intensité nécessite des adaptations de tension et de forme puisque d’une part les surfaces de capture de la cellule (8) et des panneaux (1) sont très différentes (environ d’un facteur x150) et d’autre part les transformateurs d’intensité (en général de 1 pour 1000) sont différents puisque dans le cas de la cellule (8) on mesure un courant continu alors que pour la sortie de l’onduleur on mesure un courant alternatif. Mais la programmation en usine du microcalculateur le rend apte à faire les bons calculs afin de générer un signal sinusoïdal (12) dont l’intensité et la tension sont identiques à ceux attendus par ledit « routeur solaire » au moyen de sa connexion électrique (A). Ledit « routeur solaire » (6) produit alors une alimentation électrique reçue par ledit chauffe-eau (7) dont la puissance est variable et sensiblement équivalente au surplus d’énergie solaire non consommée par les autres appareils (5). Pour permettre une puissance d’alimentation variable, ledit « routeur solaire » (6) utilise dans ce cas un dispositif de type PWM (Pulse Wave Modulation) connu de l’homme de métier. En définitive l’utilisateur a réussi à faire en moyenne plus de 35% d’économie annuelle grâce à un « routeur solaire » de type « On-Grid » du marché complété par un adaptateur « Off-Grid » (10) selon l’invention. AVANTAGES DE L'INVENTION En définitive cette invention (10) permet bien de s’équiper d’un « routeur solaire » prévu pour une utilisation avec réseau (On-Grid) dans un environnement hors réseau (Off-Grid). Ce dispositif est particulièrement intéressant dans les pays en voie de développement dans lesquels de nombreux villages sont isolés sans raccordement à un réseau de distribution d’électricité. – Dispositif photovoltaïque comprenant : au moins un panneau solaire photovoltaïque (1) apte à produire un courant électrique continu proportionnel à l'intensité du rayonnement solaire (2) qu'il reçoit, un onduleur (3) apte à transformer ledit courant électrique continu en un courant électrique sinusoïdal, un premier ensemble d'au moins un appareil électrique (5) alimenté par ledit courant électrique sinusoïdal, un deuxième ensemble d'au moins un appareil électrique (7) alimenté par ledit courant électrique sinusoïdal, un routeur solaire (6) apte à orienter le surplus d'énergie photovoltaïque non consommé par ledit premier ensemble d'au moins un appareil électrique (5) vers ledit deuxième ensemble d'au moins un appareil électrique (7), ledit routeur solaire (6) est apte à recevoir un signal électrique sinusoïdal (13) généré par un capteur d'intensité électrique (14) positionné autour du câble d'alimentation du réseau électrique public (4) et qui est représentatif de l'intensité du courant électrique qui est injecté par ledit onduleur (3) dans un réseau électrique public (4), ledit routeur solaire (6) comprend au moins un connecteur électrique (A) apte à recevoir et à traiter ledit signal électrique sinusoïdal (13), un dispositif (B) de calcul du surplus d'énergie photovoltaïque disponible et non consommé, comprenant : un câble parcouru par un signal électrique (9) connecté à un capteur photoélectrique (8) qui reçoit le même rayonnement solaire (2) que celui reçu par lesdits panneaux photovoltaïque (1), et qui transmet à chaque instant un signal électrique (9) représentatif de l’intensité électrique maximale que pourrait produire lesdits panneaux solaires (1) ; ledit capteur photoélectrique (8) peut être par exemple: une photorésistance, un phototransistor, une photodiode, un pyranomètre, une surface photovoltaïque. un câble parcouru par un signal électrique (11a), connecté au moyen d’un capteur d’intensité électrique (15a), au circuit électrique situé à la sortie des panneaux solaires (1) ou un câble parcouru par un signal électrique (11b) connecté au moyen d’un capteur d’intensité (15b) au circuit électrique situé à la sortie de l'onduleur (3), (ou éventuellement connecté à l’onduleur (3) lui-même) et qui transmet à chaque instant ledit signal électrique (11A continu ou 11b sinusoïdal) représentatif de l’intensité électrique produite par lesdits panneaux solaires (1) ; un boîtier (10) électrique qui reçoit les signaux (9, 11A ou 11b) et qui fait le calcul de la différence entre la puissance de production potentielle des panneaux solaires (1) et la puissance réellement consommées par les appareils électriques (5, 7) ; ledit boîtier (10) qui fait le calcul du surplus d'énergie photovoltaïque est caractérisé en ce qu’il génère un signal électrique sinusoïdal (12) qui est représentatif dudit surplus d'énergie photovoltaïque et qui est identique (ou au moins compatible et interchangeable) avec ledit signal électrique sinusoïdal (13) qui est reçu et traité par ledit routeur solaire (6) ; de sorte que ledit signal électrique (12) peut être reçu et géré par ledit routeur solaire (6) au moyen dudit connecteur (A) en remplacement dudit signal (13) ; ledit boîtier (10) de calcul sur surplus d'énergie photovoltaïque permet ainsi de faire fonctionner le routeur solaire (6) même en l'absence (Off-Grid en terminologie anglosaxonne ) du réseau électrique public (4). – Boîtier (10) de calcul du surplus d’énergie photovoltaïque selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce que le calcul dudit surplus se fait au moyen d’un microcalculateur électronique ou au moyen d’un circuit électronique qui traite les signaux reçus par les câbles connectés (9) et (11a ou 11b) de manière à générer un signal électrique (12) dont les caractéristiques en intensité, en tension et en fréquence sont identiques ou compatible, avec ledit signal (13) qui est émis par le capteur d'intensité électrique (14) positionné autour du câble d'alimentation du réseau électrique public (4). – Boîtier (10) de calcul du surplus d’énergie photovoltaïque selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit signal (12), représentatif du surplus d’énergie photovoltaïque disponible, est transmis audit routeur solaire (6) au moyen de tout type de transmission numérique ou analogique, filaire (câble électrique), hertzien (ondes électromagnétiques) ou optique (fibre optique ou optoélectronique).