EP3953875A1 - Procédé d'évaluation de la production d'énergie photovoltaïque et unité d'évaluation et de gestion mettant en oeuvre le procédé - Google Patents

Procédé d'évaluation de la production d'énergie photovoltaïque et unité d'évaluation et de gestion mettant en oeuvre le procédé

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Publication number
EP3953875A1
EP3953875A1 EP20717881.5A EP20717881A EP3953875A1 EP 3953875 A1 EP3953875 A1 EP 3953875A1 EP 20717881 A EP20717881 A EP 20717881A EP 3953875 A1 EP3953875 A1 EP 3953875A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photovoltaic
irradiance
values
database
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20717881.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Valérick CASSAGNE
Mohammed CHIGUER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TotalEnergies Renewables SAS
Original Assignee
Total Renewables SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Total Renewables SAS filed Critical Total Renewables SAS
Publication of EP3953875A1 publication Critical patent/EP3953875A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/004—Generation forecast, e.g. methods or systems for forecasting future energy generation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H02J2300/26—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin involving maximum power point tracking control for photovoltaic sources
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention relates to the field of production evaluation
  • the present invention relates to a method for evaluating the production of photovoltaic energy and to an evaluation and management unit implementing this method.
  • Such neighborhoods aim to be self-sufficient in electricity by generating the energy they consume in a renewable manner.
  • IssyGrid project which is an experimental project bringing together private homes and offices.
  • various places were equipped in particular with photovoltaic modules in order to be able to produce electrical energy in order to meet the energy demands of the installations in this district.
  • interconnected in a network can also be controlled in order to optimize their operation according to the quantities of electricity produced instantaneously and / or the quantities stored, for example in accumulators, while limiting the additional electricity from the public network to which the district is of course connected.
  • control modules making it possible to limit the consumption of various electrical devices, in particular to control the optimized operation of an air conditioning or heating installation (reversible heat pumps), household appliances (washing machine, washing machine). - dishes, water heaters) or lighting.
  • the goal of the IssyGrid project is to provide a neighborhood that can manage its
  • This software is used to determine the dimensioning of photovoltaic installations for a future production site and generally take into account historical meteorological data.
  • historical meteorological data include, for example, the levels of sunshine at different times of the year in the geographical area planned for this installation.
  • this software is not suitable for reliably or practically predicting the photovoltaic power generated by the production unit for future periods, in particular from day to day and with a fairly precise sampling step in the day.
  • the photovoltaic power generated by the electricity production unit is dependent on instantaneous weather conditions. These weather conditions can vary from day to day or even during the same day.
  • thermal electric generators such as diesel generators
  • short-term photovoltaic prediction makes it possible to anticipate a drop in solar production due to a cloudy passage for example and to start one or more generators in advance and to avoid a forced cancellation or even a blackout .
  • a reliable forecast helps to minimize the number of running generators, reduce fuel consumption and the need for maintenance while ensuring a reliable supply of electricity.
  • One of the objects of the invention is therefore to provide a solution to be able to evaluate the photovoltaic production of an installation in real time without resorting to complex calculations.
  • Another aspect relates to the control of the power generated for diagnostic purposes. Indeed, by evaluating a theoretical production of photovoltaic energy according to the real meteorological conditions in a fairly fine way for the production unit during a past time interval and by comparing this theoretical production with the real production of electricity by the production unit during the same time interval, it is possible to determine an operating state of the production unit and to plan, in the event of too great a deviation, maintenance operations for example which are necessary .
  • the present invention therefore aims to overcome, at least partially, the problems of the prior art described above, by proposing a simplified method for evaluating the production of photovoltaic energy allowing monitoring, diagnosis or prediction. of photovoltaic energy production.
  • the invention relates to a method for evaluating the production of photovoltaic energy for an energy supply installation located on a site, the energy supply installation comprising at least one electricity production unit having at least one photovoltaic module;
  • photovoltaic comprises the following stages:
  • this database comprising for each day of the year and different times of each day digital values
  • an evaluation and management unit comprising processing means or a computer system such as a microprocessor or a
  • microcontroller The capacity of these processing means may be limited due to the use of the database as will be described in the remainder of the description.
  • the photovoltaic power values generated are read by the processing means and can be stored and subsequently processed.
  • the invention may further comprise one or more of the following aspects taken alone or in combination:
  • the digital values pre-recorded in the database correspond to photovoltaic electric power values generated as a function of irradiance values.
  • the database includes, for example, for each instant listed in the database, electrical power values generated as a function of different irradiance levels, the irradiance levels being within a range between 0 and 1300 W / m 2 , in particular in steps of 10 W / m 2 .
  • the value of the photovoltaic electric power can be determined by linear interpolation of the values of photovoltaic electric power entered at the two irradiance levels entered in the database.
  • the digital values pre-recorded in the database correspond to the coefficients of a mathematical function describing the values of electric power generated as a function of
  • the mathematical function can be a polynomial, in particular of degree 4.
  • the coefficients of the mathematical function are in particular determined by least-squared regression of the electric power values generated as a function of different irradiance values, the irradiance values being for example within a range between 0 and 1300 W / m 2 .
  • the method may include a step of correcting the power
  • this correction step taking into account predictive, past or measured values of temperature and / or wind speed at the installation site by applying a correction coefficient.
  • the correction coefficient is in particular a correction coefficient
  • the pre-recorded numerical values are for example entered in the database at least between sunrise and sunset of each day with instants of the day spaced apart by a time between 5 min and 2 h, in particular equal to 1 h.
  • the pre-recorded numerical values can be determined by
  • the evaluation of the production of electrical energy is carried out in particular with a sampling interval less than or equal to five minutes, and in particular every second.
  • the invention also relates to a method for forecasting the production of photovoltaic energy and for managing electrical devices for a
  • the energy supply installation located on a site equipped with at least one electrical device, the energy supply installation comprising at least one electricity production unit having at least one photovoltaic module (14), comprising the steps :
  • the invention also relates to a method for monitoring and diagnosing photovoltaic energy production for an energy supply installation located on a site, the energy supply installation comprising at least one production unit of energy. '' electricity having at least one photovoltaic module comprising the steps:
  • the method further comprises a step of generating an alert if the difference between the energy production
  • PV evaluated and PV production measured during the elapsed time interval is above a predefined threshold.
  • the invention also relates to an evaluation and management unit comprising means configured for the implementation of a method as defined above.
  • the invention further relates to a computer program product that can be loaded into the internal memory of an evaluation and management unit comprising portions of software code for executing the steps of a method as defined. above when said computer program is executed by a computer
  • FIG.1 is a schematic perspective representation of a site equipped with a renewable energy supply installation
  • FIG.2 is a schematic synoptic representation of a local electricity network comprising an installation for the supply of electrical energy
  • FIG.3 is an example of an excerpt from a schematic representation of a database for evaluating the photovoltaic power generated as a function of irradiance levels and the time of year for the energy supply installation of the site in figures 1 and 2,
  • FIG.4 is an example of a graph showing for several times in the year the photovoltaic power generated as a function of the irradiance for the energy supply installation of the site of Figures 1 and 2,
  • FIG.5 is an example of an extract from a schematic representation of a database for evaluating the photovoltaic power generated as a function of the irradiance and the time of year for the supply installation energy of the site of Figures 1 and 2 with coefficients of a function
  • FIG.6 is a diagram to illustrate the constitution of the database
  • FIG. 7 is a flowchart of an exemplary embodiment of a process
  • FIG. 8 is a flowchart of an exemplary embodiment of a method of forecasting photovoltaic energy production and management of electrical devices
  • FIG.9 is a flowchart of an exemplary embodiment of a photovoltaic energy production monitoring and diagnostic process.
  • photovoltaic module is understood to mean a most elementary unit for producing electrical energy (direct current), consisting of an assembly of photovoltaic cells interconnected with one another and completely protected from the external environment, that is, as defined by standard IEC-TS61836.
  • real time is understood in the following description to mean an evaluation sampling interval less than or equal to 10 minutes, and in particular less than or equal to 5 minutes, in particular every minute.
  • irradiance or irradiance according to standard ISO 80000-7 ⁇ 19 in the following description is understood to mean a quantification of a power of electromagnetic radiation striking a unit area.
  • the irradiance corresponds to the surface density of the energy flow arriving at the point considered on a surface. This surface density is expressed in Watt per square meter (W / m 2 ) for the entire solar spectrum or a defined part of the spectrum.
  • the irradiance can be in particular the global horizontal irradiance (GHI for "global horizontal irradiance” in English), the irradiance in a fixed or variable defined plane such as the plane of the modules, the diffuse irradiance and / or the direct irradiance normal or a set of this information.
  • GHI global horizontal irradiance
  • meteorology The word "weather” will be used in this description only for the description of temporal elements, the words meteorology or meteorological to describe the elements associated with meteorology.
  • metaleorological parameter includes any parameter linked to the
  • meteorology which can have an influence on the operation and in particular the performance of the photovoltaic modules, such as the irradiance value, the temperature and / or the wind speed at the installation site.
  • Time interval means the time between the start and the end of the assessment period or the forecast period.
  • the predicted time interval is the time between a predicted moment in the future and the present moment. If the forecast time interval is 36 h, this allows for example to have at the present moment a forecast of the values of a meteorological parameter between now and in 36 h.
  • sampling step is understood to mean the duration between two instants, for example for the determination of irradiance values or the duration between evaluation points of the production of photovoltaic energy over the “time interval”. .
  • FIG. 1 there is shown a site 1 for example of a commercial nature, such as a service station with in particular a sales building 3 and a fuel distribution structure 5 with a roof 7, for example in the form of a canopy. On this site 1 are also located various electrical devices 10.
  • the electrical devices 10 are, for example, heat pumps, an air conditioning system, lighting and / or display devices, fuel dispensing pumps, or even vending machines.
  • an electrical energy supply installation 11 (see Figure 2) which comprises at least one electricity production unit 12 having at least one, preferably a multitude of photovoltaic modules 14 and an evaluation and management unit 16.
  • Each photovoltaic module 14 of this electricity production unit 12 has known production characteristics, and in particular electrical power generated depending on the sunshine, more
  • photovoltaic modules 14 of known technologies, for example modules with photovoltaic cells (not shown), for example based on crystalline silicon.
  • the photovoltaic modules 14 are for example installed on the roof 7 of the structure 5 of fuel distribution.
  • the electrical power supply installation 11 also comprises
  • a storage unit 18 for the electrical energy produced by the electricity production unit 12 and / or a thermal electricity generator 20 optionally, a storage unit 18 for the electrical energy produced by the electricity production unit 12 and / or a thermal electricity generator 20.
  • This storage unit 18 can for example be an electric battery or an electric energy accumulator.
  • the thermal electricity generator 20 can be formed by a group
  • diesel generator that can be started to provide additional power, for example in the event of failure or absence of the public electricity network or in the event that it is economically more advantageous to start the generator set than to draw on the network public.
  • the site 1 can be a residential and / or industrial complex comprising individual or collective dwellings, offices, or even industrial buildings.
  • the electrical energy supply installation 12 and the electrical devices 10 are for example interconnected in a local electrical network 22 controlled by the evaluation and management unit. 16.
  • the evaluation and management unit 16 is configured to analyze the production of electrical energy from the electricity production unit 12, to analyze the electricity requirements of the electrical devices. 10 and for example to control the storage unit 18 and / or one or more thermal electricity generators 20 and the flow of electricity between the various units of the local electrical network 22.
  • This local electrical network 22 is further connected to the public electricity network 24 which can receive the surplus electricity produced by the energy supply installation 12 or makes it possible to complete the supply or to replace it, completely or
  • the evaluation and management unit 16 is for example configured to activate / deactivate / control switches, relays and / or converters arranged in this local network 22 and which are not shown, and for manage the various flows of electricity.
  • the electrical energy produced by the electricity production unit 12 can be consumed directly by the electrical appliances 10, be stored by the storage unit 18 or be supplied to the public network 24, for example. which is economically the most advantageous for the operator of site 1.
  • the electrical energy stored by the storage unit 18 can for example be supplied to the electrical devices 10, especially in the event of insufficient electrical energy produced by the production unit 12.
  • the electrical energy from the public network 24 can for example be supplied to the electrical appliances 10, in particular in the event of insufficient electrical energy produced by the production unit 12 and / or the thermal electricity generator 20 or else the electrical energy available in the storage unit 18.
  • the electrical energy produced by the local thermal electricity generator such as diesel generators which can be started up to provide additional power, for example in the event of failure or absence of the public electricity network 24, can also be supplied to electrical devices 10.
  • the evaluation and management unit 16 is
  • the evaluation unit and management 16 can be configured to raise the setpoint temperature, for example by one degree to limit consumption.
  • the evaluation and management unit 16 is in particular connected by telecommunication means 26 to a meteorological evaluation system 28 configured to communicate predictive or historical meteorological parameters such as values of irradiance, the wind speed or even the temperature at site 1 on which the electricity production unit 12 is located.
  • the meteorological evaluation system 28 is located remotely and for example comprises a remote server.
  • the evaluation and management unit 16 is for example a computer equipped with memories and one or more processors or microcontrollers as well as communication means configured to communicate and control
  • This evaluation and management unit 16 can be installed on site 1 or be installed remotely.
  • the management evaluation unit 16 is configured to implement a method for evaluating the production of photovoltaic energy of the energy supply installation 11 and in particular of the production unit of electricity 12 using a database 30 comprising, for each day of the year and different times of each day, prerecorded digital values making it possible to determine the photovoltaic electric power generated as a function of the irradiance.
  • the evaluation and management unit 16 is configured to access a database 30, which can be stored in a memory of the evaluation and management unit 16 (as is schematically represented in FIG. 2) or be located on a remote server.
  • pre-recorded correspond to electrical power values
  • This database 30 includes for each day of the year and for different times of each day photovoltaic power values generated as a function of irradiance.
  • this database 30 comprises on ordinates 32 in steps of 10 W / m 2, for example irradiance levels.
  • the irradiance values range from 0 to 1300 W / m 2 , in this case between 0 and 1100 W / m 2 . This range of levels seems sufficient, because in general, the irradiance of a normal surface to direct sunlight is at most around 1000 W / m 2 .
  • each day of the year is present in the table of the database 30 (January 1 (01/01) December 31 (31/12)), for each day, different times listed by one hour are listed, for example twenty-four times ranging from 00: 00h to 23: 00h in intervals of one hour.
  • the table of database 30 can be modified without departing from the scope of the present invention.
  • the time interval between the various instants can be longer or shorter than an hour and we can have more than twenty-four times per day or less.
  • each day of the year can be broken down into hours, ie 8760 time steps for a common year.
  • This database 30 therefore takes into account, depending on the date and the area
  • [110] - P1 corresponds to the photovoltaic power 36 generated for a
  • [111] - Ee corresponds to a predicted value of irradiance 32.
  • [119] - P2 corresponds to the photovoltaic power generated at a time
  • the corrections in this case are linear, they can be made first at the level of irradiance and then at the intra-interval time or in the reverse order.
  • the pre-recorded digital values correspond to coefficients of a mathematical function, in particular a polynomial function, for example of degree 4, describing values of electric power generated as a function of the irradiance in a range of irradiance values between 0 and 1300 W / m 2 .
  • this database 30 comprises for each day of the year and for different times of each day a set of coefficients, for example A, B, C, D, E making it possible to calculate PV power values generated as a function of irradiance using a mathematical function.
  • this method does not require an irradiance interpolation calculation to process a precise level of irradiance.
  • to evaluate the power at 10:15 a.m. under a GHI irradiance of 468 W / m 2 to evaluate the power at 10:15 a.m. under a GHI irradiance of 468 W / m 2 .
  • the photovoltaic production of the power generation unit 12 can be evaluated at any time of the year and for all irradiance conditions with precision.
  • Block B1 represents the modeling of the energy supply installation 11 and in particular the electricity production unit 12 as a whole beforehand and block 2 represents a program of dimensioning or simulation known from the prior art such as the commercial products PVSYST, PVSOL or academic SAM or collaborative LADYBUG. Such a model takes into account a multitude of parameters such as in particular the characteristics of the photovoltaic modules 14, their location / orientation / inclination on site 1 and their number and efficiency.
  • the modeling also includes the description of the wiring of the various photovoltaic modules 14 together, or the description of the power conversion equipment (inverters, controllers, transformers, etc.) used for example.
  • FIG. 7 shows an embodiment of a method for evaluating the production of photovoltaic energy for the energy supply installation 11 located on site 1.
  • This step E1 is carried out in particular by supplying the irradiance values by the meteorological evaluation system 28 to the evaluation and management unit 16 using telecommunication means 26.
  • the determination of irradiance and other meteorological parameters is carried out for forecast time intervals of between one second and two days, in particular less than 5 min. It is clear that the shorter the forecast time interval, the more reliable the forecast of irradiance values. Then the step between two forecasts of irradiance values can be chosen as required, for example a forecast every 10 s in the case of the management of a local network 22 as will be explained below.
  • the meteorological parameters collected can span intervals ranging from a few minutes to a few days.
  • the determination (prediction or collection) of meteorological parameters over a given forecast time interval is defined over a time step less than or equal to the forecast time interval typically given between one second and a few hours.
  • the photovoltaic power generated is evaluated according to the determined irradiance values, the time point in the year of this evaluation and the generated power values pre-recorded 36 in the database 30. by simple reading or by calculation using the mathematical function and the coefficients as has been detailed above for the two embodiments, as the case may be by carrying out linear interpolations for the irradiance 32 or the instant in the year 34.
  • a step is carried out for correcting the prerecorded values 36 in the database 30 of the photovoltaic power generated by taking account of predictive, past or measured values of the temperature (in particular temperature of the modules 14 or ambient temperature on site 1) and / or the wind speed on site 1 of installation by applying a correction coefficient, in particular linear.
  • the photovoltaic modules 14 and particularly the cells which compose them are the components whose conversion efficiency
  • Photovoltaic is linked almost linearly to the operating temperature of the cells. Secondly, ambient temperature can limit the conversion efficiency of energy converters such as inverters.
  • the temperature can therefore for example be determined using a temperature sensor attached to a module 14 and connected to the evaluation and management unit 16 or be the result of weather forecast calculations transmitted by the meteorological rating system 28.
  • linear interpolation can also be used as a first approximation to refine the calculations.
  • a database 30 for example in the form of a table, in order to determine the past or future theoretical photovoltaic power 36 generated by the electricity production unit 12 by simple determination ( predictive or historical collection) of irradiance makes it possible to limit the necessary computing powers to the strict minimum.
  • the use of such a database 30 makes it possible to facilitate calculations and therefore allows a simpler and faster determination of the photovoltaic power 36 generated by the energy supply installation 11 at any time of the day. and the year.
  • Use of this database 30 allows an almost instantaneous evaluation of the electrical power generated, which is not possible with the sizing programs known from the prior art.
  • fine sampling less than or equal to 5 minutes, and in particular every minute.
  • the valuation calculations can also be done on a physical machine or a virtual machine on the cloud computing which is not always possible with for example commercial photovoltaic sizing software.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a method for forecasting the production of photovoltaic energy and for managing electrical appliances which is for example implemented by the evaluation and management unit 16 for management of the local electricity network 22.
  • step F1 which is similar to step E1 in FIG. 7, predictive meteorological parameters (irradiance value, temperature on site 1, wind speed on site 1 for example) are collected for site 1 where the energy supply installation 11 is located.
  • Parameter values are collected for site 1 where the energy supply installation 11 is located.
  • the evaluation and management unit 16 is configured to control the local electrical network 22 according to the forecast of the photovoltaic energy production of the energy supply installation 11. .
  • This control of the local electrical network may include one or more of the following actions in the non-exhaustive list, for example:
  • step G1 which is similar to step E1 in FIG. 7, historical meteorological parameters are collected (irradiance value, temperature on site 1, wind speed on site 1 for example) for site 1 where the energy supply installation 11 is located. Parameter values
  • these historical values can be provided by sensors of site 1 and recorded for example in a memory of the evaluation and management unit 16.
  • steps E2 and E3 follow (E3 being optional) as described above in relation to FIG. 7. These steps E2 and E3 therefore make it possible to provide a reference value that the energy supply installation 11 would have. had to be produced depending on the irradiance and possibly the temperature.
  • the evaluation and management unit 16 is configured to compare the photovoltaic energy production evaluated on the basis of the historical meteorological values with the actual photovoltaic production measured during a past time interval.
  • the evaluation and management unit 16 is configured to generate an alert if the difference between the energy production
  • PV evaluated and PV production measured during the elapsed time interval is above a predefined threshold.
  • the measured value is significantly lower than the theoretical value (for example 10%), it can be deduced that the energy supply installation 11 is subject to a malfunction such as the presence of dust or dirt on the photovoltaic modules 14, a fault in the chain of modules 14 etc. requiring maintenance.
  • Historical meteorological parameters can be collected with great precision and / or with a large amount of data. A more detailed evaluation of the theoretical power over time or else an evaluation over a longer time interval is therefore possible with the same computing power.
  • one of the determining aspects of the present invention lies in the use of a database 30 and in the choice of how this database 30 is organized in order to make it possible to evaluate the production of electricity with pre-recorded digital values making it possible to determine the specific photovoltaic power of installation 11 on site 1 and from a few variables such as a time of year for example (date + time making it possible to take into account the aspects astronomical and geometric) and irradiance (allowing meteorological and astronomical aspects to be taken into account) or coefficients as explained above.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'évaluation de la production d'énergie photovoltaïque pour une installation de fourniture d'énergie (11) implantée sur un site (1), l'installation de fourniture d'énergie (11) comprenant au moins une unité de production d'électricité (12) ayant au moins un module photovoltaïque (14); caractérisé en ce que le procédé d'évaluation de production d'énergie photovoltaïque comprend les étapes suivantes: - détermination de valeurs d'irradiance passées ou prédictives pour le site (1) sur lequel l'installation de fourniture d'énergie (11) est implantée, ladite détermination étant réalisée pour des intervalles de temps compris entre une seconde et deux ans, et - évaluation de la puissance photovoltaïque générée en fonction des valeurs d'irradiance déterminées et de valeurs numériques préenregistrées dans une base de données (30), cette base de données (30) comportant pour chaque jour de l'année et différents instants de chaque jour des valeurs numériques préenregistrées permettant de déterminer la puissance électrique photovoltaïque générées en fonction de l'irradiance.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé d'évaluation de la production d’énergie photovoltaïque et unité d’évaluation et de
gestion mettant en œuvre le procédé
[1 ] DOMAINE TECHNIQUE
[2] La présente invention concerne le domaine d'évaluation de la production
d’énergie photovoltaïque. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé d'évaluation de la production d’énergie photovoltaïque et une unité d’évaluation et de gestion mettant en oeuvre ce procédé.
[3] ETAT DE L'ART
[4] Du fait de renchérissement des énergies fossiles et de l’augmentation de la
pollution générée par la consommation de ces énergies fossiles, on se tourne de plus en plus vers les ressources d’énergies renouvelables et la consommation d’énergie dans une logique de développement durable. Cette tendance conduit naturellement à privilégier les énergies renouvelables telles que l’énergie solaire.
Il est désormais classique d’installer des panneaux photovoltaïques notamment sur les toitures des entreprises, des bâtiments publics, ou simplement sur les toits des habitations particulières pour une autoconsommation ou pour fournir par exemple toute la production ou seulement le surplus d’énergie au réseau public.
[5] Des quartiers à énergie positive sont actuellement en cours de développement.
De tels quartiers ont pour but d’être autonomes en électricité en générant de manière renouvelable l’énergie qu’ils consomment. On peut citer par exemple le projet IssyGrid qui est un projet expérimental regroupant des habitations particulières et des bureaux. Pour ce projet, différents lieux ont été équipés notamment de modules photovoltaïques afin de pouvoir produire de l’énergie électrique dans le but de répondre aux demandes en énergie des installations de ce quartier.
[6] Les différents appareils électriques de ces installations sont par exemple
interconnectés dans un réseau et peuvent être contrôlés également afin d’optimiser leur fonctionnement en fonction des quantités d’électricité produites instantanément et/ou des quantités stockées, par exemple dans des accumulateurs, tout en limitant l’appoint en électricité venant du réseau public auquel le quartier est bien entendu connecté.
[7] Il existe également différents modules de commande permettant de limiter les consommations de différents appareils électriques pour piloter notamment le fonctionnement optimisé d’une installation de climatisation ou de chauffage (pompes à chaleur réversibles), des appareils ménagers (machine à laver, lave- vaisselle, chauffe-eau) ou encore des éclairages.
[8] Ainsi, le but du projet IssyGrid est de proposer un quartier pouvant gérer sa
propre énergie, et éventuellement apte à injecter de l’énergie électrique renouvelable en surplus dans le réseau public d’électricité.
[9] Afin d’atteindre au moins partiellement une telle autonomie, il est donc
nécessaire de pouvoir évaluer la puissance photovoltaïque générée de façon prédictive, ce qui permet en cas d’insuffisance de production d’énergie électrique renouvelable face à une demande énergétique élevée par exemple d’arbitrer entre d’une part, un appoint en énergie électrique par le réseau public ou par de l’électricité stockée dans des accumulateurs et d’autre part, simplement un effacement de certains consommateurs jugés par exemple non critiques.
[10] En effet, il peut être nécessaire d’activer des solutions de stockage, de
prévenir l’opérateur du réseau public ou de puiser dans les unités de stockage dans le cas où la quantité d’énergie renouvelable disponible ou produite serait insuffisante ou en surproduction pour répondre à la demande en énergie des différentes consommateurs de ce quartier ou de limiter certains consommateurs d’électricité identifiés.
[11 ] Une telle situation peut par exemple se présenter dans le cas d’un hiver rigoureux au cours duquel les capacités de production d’énergie renouvelable sont très inférieures aux demandes ou au contraire en été avec une forte production photovoltaïque et une consommation estivale et diurne faible.
[12] Dans le cadre de la conception des installations photovoltaïques, on connaît actuellement un certain nombre de logiciels permettant de calculer un
prévisionnel de production d’énergie électrique renouvelable. Ces logiciels sont utilisés pour déterminer pour un site futur de production le dimensionnement des installations photovoltaïques et prennent généralement en considération des données météorologiques historiques. [13] Ces données météorologiques historiques comprennent par exemple les niveaux d’ensoleillement à différentes périodes de l’année dans la zone géographique prévue pour cette installation.
[14] Ces logiciels sont surtout développés pour calculer le retour sur
investissement et donc la viabilité financière d’un tel projet.
[15] Dans des versions plus évoluées pour des projets avec autoconsommation, certains logiciels permettent aussi de prendre en compte le côté consommateur et les besoins en énergie électrique d’une installation plus complexe comprenant des unités de production d’énergie électrique, des unités de stockage d’énergie électrique et des unités de consommation d’énergie électrique.
[16] Cependant, ces logiciels ne sont pas adaptés pour prédire de manière fiable ou pratique la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production pour des périodes à venir, notamment au jour le jour et avec un pas d’échantillonnage assez précis dans la journée. En effet, la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité est dépendante des conditions météorologiques instantanées. Ces conditions météorologiques peuvent être variables d’une journée à l’autre ou encore au cours d’une même journée.
[17] De plus, les calculs réalisés par ces logiciels sont assez complexes et longs, ce qui les rend inaptes pour réaliser une évaluation prédictive permettant par exemple d’adapter la fourniture d’énergie ou encore les consommations des appareils électriques en temps réel.
[18] De plus, les logiciels de simulation photovoltaïque connus, initialement
conçus pour une évaluation de performance annuelle, ont souvent un pas de calcul de l’ordre d’une heure et non ajustable, ce qui est beaucoup trop long pour une évaluation intra journalière où l’on a besoin d’évaluer la prévision pour un ordre de grandeur de la minute.
[19] Ainsi, ces logiciels, même s’ils sont très performants dans la modélisation et dans l’ergonomie, ne sont pas adaptés pour la prédiction de la production d’énergie photovoltaïque pour des temps courts, ne sont pas précis et sont consommateurs en temps de calcul.
[20] Afin de pouvoir satisfaire aux demandes en énergie des différentes
installations de ces quartiers à énergie positive, il est donc nécessaire de pouvoir prédire la puissance photovoltaïque générée en temps réel, et éventuellement activer la fourniture ou l’injection d’électricité à ces installations depuis le réseau public, activer des unités de stockage ou commander la baisse de consommation ou le démarrage de certains consommateurs ou appareils électriques identifiés du quartier.
[21 ] Dans le cas de systèmes électriques hybrides en particulier avec des
générateurs électriques thermiques comme les groupes électrogènes diesel, la prédiction photovoltaïque à court terme permet d’anticiper une baisse de production solaire due à un passage nuageux par exemple et de démarrer un ou plusieurs générateurs en avance et éviter un effacement forcé voir un black-out. En contrepartie, une prévision fiable permet de minimiser le nombre de générateurs en marche, diminuer la consommation de carburant et le besoin de maintenance tout en garantissant l’approvisionnement fiable en électricité.
[22] Un des objets de l’invention est donc de fournir une solution pour pouvoir évaluer en temps réel la production photovoltaïque d’une installation sans recourir à des calculs complexes.
[23] Un autre aspect concerne le contrôle de la puissance générée dans un but de diagnostic. En effet, en évaluant une production d'énergie photovoltaïque théorique selon les conditions météorologiques réelles de façon assez fine pour l'unité de production au cours d'un intervalle de temps passé et en comparant cette production théorique à la production réelle d'électricité par l'unité de production au cours du même intervalle de temps, il est possible de déterminer un état de fonctionnement de l'unité de production et de prévoir, en cas d’écart trop important, des opérations de maintenance par exemple qui s’imposent.
[24] En effet, si la quantité d’énergie électrique produite est trop faible par rapport à la puissance attendue, il peut en être déduit que l'unité de production présente un problème technique, tel que, par exemple, un défaut de chaîne de modules, d’onduleur, un dépôt de poussières ou saleté etc.
[25] La présente invention a donc pour objectif de pallier, au moins partiellement, aux problèmes de l’art antérieur exposés précédemment, en proposant un procédé simplifié d'évaluation de production d’énergie photovoltaïque permettant une surveillance, un diagnostic ou une prédiction de la production d’énergie photovoltaïque.
[26] EXPOSE DE L'INVENTION [27] A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d'évaluation de la production d’énergie photovoltaïque pour une installation de fourniture d’énergie implantée sur un site, l’installation de fourniture d’énergie comprenant au moins une unité de production d’électricité ayant au moins un module photovoltaïque;
caractérisé en ce que le procédé d’évaluation de production d’énergie
photovoltaïque comprend les étapes suivantes:
- détermination de valeurs d’irradiance passées ou prédictives pour le site sur lequel l’installation de fourniture d’énergie est implantée, ladite détermination étant réalisée pour des intervalles de temps compris entre une seconde et deux ans, et
- évaluation de la puissance photovoltaïque générée en fonction des valeurs d’irradiance déterminées et de valeurs numériques préenregistrées dans une base de données, cette base de données comportant pour chaque jour de l’année et différents instants de chaque jour des valeurs numériques
préenregistrées permettant de déterminer la puissance électrique photovoltaïque générées en fonction de l’irradiance.
[28] Les différentes étapes du procédé sont par exemple réalisés de manière
automatique par une unité d’évaluation et de gestion comprenant des moyens de traitement ou un système informatique tel qu’un microprocesseur ou un
microcontrôleur. La capacité de ces moyens de traitement peut être limitée du fait de l’utilisation de la base de données comme cela sera décrit dans la suite de la description. En particulier les valeurs de puissance photovoltaïques générée sont lues par les moyens de traitement et peuvent être mises en mémoire et traitées ultérieurement.
[29] L’utilisation d’une base de données, par exemple sous forme d’une table, afin de déterminer la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité par introduction de l’irradiance permet de limiter les puissances de calcul nécessaires afin de déterminer cette puissance photovoltaïque générée.
[30] Ainsi, l’utilisation d’une telle base de données permet de faciliter les calculs et donc permet une détermination plus simple et plus rapide de la puissance photovoltaïque générée à tout moment de la journée. Par ailleurs, l’utilisation d’une telle base de données permet une automatisation de la détermination de la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité. [31 ] L’invention peut en outre comprendre un ou plusieurs des aspects suivants pris seuls ou en combinaison :
[32] Selon un aspect, les valeurs numériques préenregistrées dans la base de données correspondent à des valeurs de puissance électrique photovoltaïque générées en fonction de valeurs d’irradiance.
[33] La base de données comporte par exemple pour chaque instant répertorié dans la base de données des valeurs de puissance électrique générée en fonction de différents niveaux d’irradiance, les niveaux d’irradiance étant compris dans une plage entre 0 et 1300 W/m2, en particulier par pas de 10 W/m2.
[34] Pour un niveau d’irradiance qui n’est pas renseigné dans la base de données et qui se situe entre deux niveaux renseignés dans la base de données, la valeur de la puissance électrique photovoltaïque peut être déterminée par interpolation linéaire des valeurs de puissance électrique photovoltaïque renseignées aux deux niveaux d’irradiance renseignés dans la base de données.
[35] Selon un autre aspect, les valeurs numériques préenregistrées dans la base de données correspondent à des coefficients d’une fonction mathématique décrivant des valeurs de puissance électrique générée en fonction de
l’irradiance.
[36] La fonction mathématique peut être un polynôme, notamment de degré 4.
[37] Les coefficients de la fonction mathématique sont notamment déterminés par régression au moindre carré de valeurs de puissance électrique générée en fonction de différentes valeurs d’irradiance, les valeurs d’irradiance étant par exemple comprises dans une plage entre 0 et 1300 W/m2.
[38] Le procédé peut comprendre une étape de correction de la puissance
électrique photovoltaïque générée en fonction de l’irradiance, cette étape de correction tenant compte de valeurs prédictives, passés ou mesurées de température et/ou de vitesse du vent sur le site d’implantation en appliquant un coefficient de correction.
[39] Le coefficient de correction est notamment un coefficient de correction
linéaire.
[40] Les valeurs numériques préenregistrées sont par exemple renseignées dans la base de données au moins entre le lever et le coucher du soleil de chaque jour avec des instants de la journée espacés d’un temps compris entre 5 min et 2 h, notamment égal à 1 h.
[41 ] Pour un instant de la journée qui n’est pas renseigné dans la base de
données et qui se situe entre deux instants renseignés dans la base de données, les valeurs numériques préenregistrées peuvent être déterminées par
interpolation linéaire des valeurs numériques préenregistrées renseignées aux deux instants renseignés dans la base de données.
[42] L’évaluation de la production d’énergie électrique est notamment réalisée avec un pas d’échantillonnage inférieur ou égal à cinq minutes, et notamment toutes les secondes.
[43] L’invention concerne également un procédé de prévision de la production d'énergie photovoltaïque et de gestion d'appareils électriques pour une
installation de fourniture d’énergie implantée sur un site équipé d’au moins un appareil électrique, l’installation de fourniture d’énergie comprenant au moins une unité de production d’électricité ayant au moins un module photovoltaïque (14), comportant les étapes :
- exécution d’un procédé d’évaluation de la production d’énergie photovoltaïque tel que défini ci-dessus, dans lequel lors de l’étape de détermination des valeurs d’irradiance, on détermine des valeurs d’irradiance prédictives pour le site sur lequel l’installation de fourniture d’énergie est implantée, ladite détermination étant réalisée pour un intervalle de temps prévisionnel compris entre une seconde et deux jours, et
- adaptation du mode de fonctionnement d'au moins un appareil électrique en fonction de l’évaluation de la production d'énergie photovoltaïque de l’installation de fourniture d’énergie.
[44] L’invention concerne aussi un procédé de surveillance et de diagnostic de production d'énergie photovoltaïque pour une installation de fourniture d’énergie implantée sur un site, l’installation de fourniture d’énergie comprenant au moins une unité de production d’électricité ayant au moins un module photovoltaïque comportant les étapes :
- exécution d’un procédé d’évaluation de la production d’énergie photovoltaïque tel que défini ci-dessus, dans lequel lors de l’étape de détermination des valeurs d’irradiance, on détermine des valeurs d’irradiance historiques pour le site sur lequel l’installation de fourniture d’énergie est implantée pour un intervalle de temps passé, et
- comparaison de la production d’énergie photovoltaïque évaluée à la production photovoltaïque mesurée pendant l'intervalle de temps passé.
[45] Selon un aspect supplémentaire, le procédé comporte de plus une étape de génération d’une alerte si la différence entre la production d’énergie
photovoltaïque évaluée et la production photovoltaïque mesurée pendant l'intervalle de temps passé est supérieure à un seuil prédéfini.
[46] L’invention concerne aussi une unité d’évaluation et de gestion comprenant des moyens configurés pour la mise en oeuvre d’un procédé tel que défini ci- dessus.
[47] L’invention concerne en outre un produit programme d'ordinateur chargeable dans la mémoire interne d'une unité d’évaluation et de gestion comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes d’un procédé tel que défini ci-dessus lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur
[48] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la
description suivante, donnée à titre d'exemple et sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
[49] [Fig.1 ] est une représentation schématique en perspective d’un site équipé d’une installation de fourniture d’énergie renouvelable;
[50] [Fig.2] est une représentation schématique synoptique d’un réseau local d’électricité comprenant une installation de fourniture d’énergie électrique,
[51 ] [Fig.3] est un exemple d’un extrait d’une représentation schématique d’une base de données d'évaluation de la puissance photovoltaïque générée en fonction de niveaux d’irradiance et de la période de l’année pour l’installation de fourniture d’énergie du site des figures 1 et 2,
[52] [Fig.4] est un exemple d’un graphe montrant pour plusieurs instants dans l’année la puissance photovoltaïque générée en fonction de l’irradiance pour l’installation de fourniture d’énergie du site des figures 1 et 2,
[53] [Fig.5] est un exemple d’un extrait d’une représentation schématique d’une base de données d'évaluation de la puissance photovoltaïque générée en fonction de l’irradiance et de la période de l’année pour l’installation de fourniture d’énergie du site des figures 1 et 2 avec des coefficients d’une fonction
polynomiale,
[54] [Fig.6] est un schéma pour illustrer la constitution de la base de données
d'évaluation d’une puissance photovoltaïque générée par le système de fourniture d’énergie du site de la figure 1
[55] [Fig.7] est un organigramme d’un exemple de réalisation d’un procédé
d’évaluation de la puissance électrique photovoltaïque générée,
[56] [Fig.8] est un organigramme d’un exemple de réalisation d’un procédé de prévision de production d'énergie photovoltaïque et de gestion d'appareils électriques, et
[57] [Fig.9] est un organigramme d’un exemple de réalisation d’un procédé de surveillance et de diagnostic de production d'énergie photovoltaïque.
[58] DESCRIPTION DETAILLEE
[59] Sur toutes les figures, les éléments ayant des fonctions identiques portent les mêmes numéros de référence.
[60] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se
réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas
nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
[61 ] Définitions :
[62] Dans la description suivante, on entend par « module photovoltaïque », une unité de production d’énergie électrique (en courant continu) la plus élémentaire, constituée d’un assemblage de cellules photovoltaïques interconnectées entre elles et complètement protégées de l’environnement extérieur, c’est-à-dire tel que défini par la norme IEC-TS61836.
[63] On entend par l’expression « temps réel » dans la description suivante, un pas d’échantillonnage d'évaluation inférieur ou égal à 10 minutes, et notamment inférieure ou égal à 5 minutes, en particulier toutes les minutes.
[64] On entend par l’expression « irradiance » ou éclairement énergétique selon la norme ISO 80000-7 §19 dans la description suivante, une quantification d’une puissance d’un rayonnement électromagnétique frappant une unité de surface. L’irradiance correspond à la densité surfacique du flux énergétique arrivant au point considéré d’une surface. Cette densité surfacique est exprimée en Watt par mètre carré (W/m2) pour tout le spectre solaire ou une partie de spectre définie. L’irradiance peut être notamment l’irradiance globale horizontale (GHI pour « global horizontal irradiance » en anglais), l’irradiance dans un plan défini fixe ou variable comme le plan des modules, l’irradiance diffuse et/ou l’irradiance directe normale ou un ensemble de ces informations.
[65] En français le mot « temps » peut être associé à la chronologie ou à la
météorologie. Le mot « temps » sera utilisé dans la présente description uniquement pour la description d’éléments temporels, les mots météorologie ou météorologique pour décrire les éléments associés à la météorologie.
[66] Par « paramètre météorologique » on comprend tout paramètre lié à la
météorologie qui peut avoir une influence sur le fonctionnement et notamment le rendement des modules photovoltaïques, comme la valeur d’irradiance, la température et/ou la vitesse du vent sur le site d’implantation.
[67] On entend par « intervalle de temps » la durée entre le début et la fin de la période d’évaluation ou la période de prévision. L’intervalle de temps prévisionnel est la durée entre un instant prévisionnel dans le futur et l’instant présent. Si l’intervalle de temps prévisionnel est de 36 h, cela permet par exemple d’avoir à l’instant présent une prévision des valeurs d’un paramètre météorologique entre maintenant et dans 36 h.
[68] On entend par « pas d’échantillonnage » la durée entre deux instants par exemple pour la détermination des valeurs d’irradiance ou la durée entre points d’évaluations de la production d’énergie photovoltaïque sur « l’intervalle de temps ». Ainsi pour un intervalle de temps prévisionnel de 36h et un pas d’échantillonnage de 5 minutes, on calcule pour entre maintenant et dans 36 h pour toutes les 5 min la production d’énergie photovoltaïque soit 36x60/5+1 = 433 valeurs de productions futures.
[69] Site :
[70] En référence à la figure 1 , il est représenté un site 1 par exemple à caractère commercial, comme par exemple une station-service avec notamment un bâtiment de vente 3 et une structure 5 de distribution de carburant avec une toiture 7, par exemple sous forme d’un auvent. Sur ce site 1 sont également implantés divers appareils électriques 10.
[71 ] Les appareils électriques 10 sont par exemple des pompes à chaleur, un système de climatisation, des dispositifs d’éclairage et / ou d’affichage, des pompes de distribution de carburant, ou encore des distributeurs automatiques.
[72] Sur ce site 1 est implantée en outre une installation de fourniture d’énergie électrique 11 ( voir figure 2) qui comporte au moins une unité de production d’électricité 12 ayant au moins un, de préférence une multitude de modules photovoltaïques 14 et une unité d’évaluation et de gestion 16.
[73] Chaque module photovoltaïque 14 de cette unité de production d’électricité 12 présente des caractéristiques connues de production, et notamment de puissance électrique générée en fonction de l’ensoleillement, plus
spécifiquement en fonction de notamment l’irradiance ainsi que par exemple la température. On peut utiliser des modules photovoltaïques 14 de technologies connues par exemple des modules avec des cellules photovoltaïques (non représentées) par exemple à base de silicium cristallin.
[74] Comme on le voit sur la figure 1 , les modules photovoltaïques 14 sont par exemple installés sur la toiture 7 de la structure 5 de distribution de carburant.
[75] L’installation de fourniture d’énergie électrique 11 comporte de plus, de
manière optionnelle, une unité de stockage 18 de l’énergie électrique produite par l’unité de production d’électricité 12 et / ou un générateur thermique d’électricité 20.
[76] Cette unité de stockage 18 peut par exemple être une batterie électrique ou un accumulateur d’énergie électrique.
[77] Le générateur thermique d’électricité 20 peut être formé par un groupe
électrogène diesel pouvant être mis en route pour assurer un complément de puissance par exemple en cas de défaillance ou d’absence du réseau public d’électricité ou dans le cas où il est économiquement plus avantageux de démarrer le groupe électrogène que de tirer sur le réseau public.
[78] Bien entendu, on envisage d’autres modes de réalisation où le site 1 peut être un ensemble résidentiel et/ ou industriel comprenant des habitations individuelles ou collectives, des bureaux, ou encore des bâtiments industriels. [79] Comme représenté de façon schématique sur la figure 2, l’installation de fourniture d’énergie électrique 12 et les appareils électriques 10 sont par exemple interconnectés dans un réseau électrique local 22 contrôlé par l’unité de d’évaluation et de gestion 16.
[80] Comme cela sera détaillé plus loin, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est configurée pour analyser la production d’énergie électrique de l’unité de production d’électricité 12, pour analyser les besoins en électricité des appareils électriques 10 et pour contrôler par exemple l’unité de stockage 18 et/ou un ou plusieurs générateurs thermique d’électricité 20 et les flux d’électricité entre les divers unités du réseau électrique local 22. Ce réseau électrique local 22 est en outre raccordé au réseau public d’électricité 24 qui peut recevoir l’électricité produite en surplus par l’installation de fourniture d’énergie 12 ou permet de compléter l’approvisionnement ou de se substituer, complètement ou
partiellement, à l’unité de production d’électricité 12 selon le cas.
[81 ] A cet effet, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est par exemple configurée pour activer / désactiver/ contrôler des interrupteurs, relais et/ou convertisseurs disposé dans ce réseau local 22 et qui ne sont pas représentés, et pour gérer les divers flux d’électricité.
[82] Ainsi, l’énergie électrique produite par l’unité de production d’électricité 12 peut être consommée directement par les appareils électriques 10, être stockée par l’unité de stockage 18 ou être fournie au réseau public 24 en fonction par exemple ce qui est économiquement le plus avantageux pour l’opérateur du site 1 .
[83] L’énergie électrique stockée par l’unité de stockage 18 peut par exemple être fournie aux appareils électriques 10, notamment en cas d’insuffisance de l’énergie électrique produite par l’unité de production 12.
[84] L’énergie électrique du réseau public 24 peut par exemple être fournie aux appareils électriques 10, notamment en cas d’insuffisance de l’énergie électrique produite par l’unité de production 12 et /ou le générateur thermique d’électricité 20 ou encore de l’énergie électrique disponible dans l’unité de stockage 18.
[85] Enfin l’énergie électrique produite par le générateur thermique d’électricité 20 local tels que des groupes électrogènes diesel pouvant être mis en route pour assurer un complément de puissance par exemple en cas de défaillance ou d’absence du réseau public 24 d’électricité, peut aussi être fournie aux appareils électriques 10.
[86] Afin que l’unité d’évaluation et de gestion 16 puisse commander de tels
arbitrages, il est donc nécessaire de prévoir en temps réel la production d’énergie photovoltaïque réalisée par l’unité de production d’électricité 12 qui est fortement dépendante des conditions météorologiques sur le site 1 , et de prendre en compte les besoins en électricité des différents appareils 10 consommant de l’électricité, mais aussi les conditions de rachat ou de vente de l’électricité par le réseau public 24.
[87] Dans une variante plus évoluée, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est
configurée pour contrôler plus finement la consommation énergétique d’au moins certains des appareils électriques 10, par exemple pour limiter les
consommations de certains appareils électriques 10 sur une période donnée.
Ceci permet notamment d’augmenter l’autonomie énergétique du site 1 en limitant les consommations sur le réseau public 24 et d’optimiser ainsi la facture énergétique du site 1. Dans le cas d’une climatisation par exemple, l’unité d’évaluation et de gestion 16 peut être configurée pour relever la température de consigne, par exemple d’un degré pour limiter la consommation.
[88] L'aspect prédictif peut aussi être nécessaire pour prévenir l’opérateur du
réseau public 24 afin d’être autorisé de soutirer ou d’injecter sans pénalités une certaine puissance électrique au réseau public 24 ou simplement pour pouvoir démarrer à temps le générateur thermique d’électricité 20.
[89] A cet effet, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est notamment reliée par des moyens de télécommunication 26 à un système d'évaluations météorologiques 28 configuré pour lui communiquer des paramètres météorologiques prédictifs ou historiques tels que des valeurs d’irradiance, la vitesse du vent ou encore la température au niveau du site 1 sur lequel l’unité de production d’électricité 12 est implantée. Le système d'évaluations météorologiques 28 est situé à distance et comprend par exemple un serveur distant.
[90] L’unité d’évaluation et de gestion 16 est par exemple un ordinateur équipé de mémoires et d’un ou de plusieurs processeurs ou microcontrôleurs ainsi que de moyens de communication configurés pour communiquer et contrôler
l’installation de fourniture d’énergie 11 ainsi que les appareils électrique 10, pour communiquer avec le système d’évaluations météorologiques 28 et aussi avec par exemple l’opérateur du réseau publique 24. Cette unité d’évaluation et de gestion 16 peut être installée sur le site 1 ou être installée à distance.
[91 ] L’unité d’évaluation de gestion 16 est configurée pour mettre en œuvre un procédé d’évaluation de la production d’énergie photovoltaïque de l’installation de fourniture d’énergie 11 et en particulier de l’unité de production d’électricité 12 en utilisant une base de données 30 comportant pour chaque jour de l’année et différents instants de chaque jour des valeurs numériques préenregistrées permettant de déterminer la puissance électrique photovoltaïque générées en fonction de l’irradiance .
[92] A cet effet, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est configurée pour accéder à une base de données 30, qui peut être enregistrée dans une mémoire de l’unité d’évaluation et de gestion 16 (comme cela est représenté schématiquement sur la figure 2) ou être localisée sur un serveur distant.
[93] Selon un premier exemple de réalisation, les valeurs numériques
préenregistrées correspondent à des valeurs de puissance électrique
photovoltaïque générées en fonction de l’irradiance par l’unité de production d’électricité 12.
[94] Un exemple de présentation et de contenu de cette base de données 30 est représenté sur la figure 3 sous forme d’un tableau.
[95] Cette base de données 30 comporte pour chaque jour de l’année et pour différents instants de chaque jour des valeurs de puissance photovoltaïque générées en fonction de l’irradiance.
[96] Plus précisément, cette base de données 30 comporte en ordonnées 32 par pas de 10 W/m2 par exemple des niveaux d’irradiance. Dans le présent exemple les valeurs d’irradiance vont de 0 à 1300 W/m2, dans le cas présent entre 0 et 1100 W/m2. Cette plage de niveaux paraît suffisante, car d’une manière générale, l’irradiance d’une surface normale aux rayons directs du soleil est au maximum environ 1000 W/m2.
[97] En abscisse 34 sont reportés des instants dans l’année répertoriés par
exemple par une date et l’heure. Dans le présent exemple, chaque jour de l’année est présent dans ce tableau de la base de données 30 (du 1 er janvier (01/01 ) au 31 décembre (31/12)) et pour chaque jour, différents instants répertoriés par une heure sont repris, par exemple vingt-quatre instants allant de 00 :00h à 23 :00 h par intervalle de une heure.
[98] Bien entendu, on peut modifier le tableau de la base de données 30 sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi, l’intervalle de temps les divers instants peut être plus long ou plus court qu’une heure et on peut avoir plus que vingt-quatre instants par jour ou moins. On peut aussi implicitement négliger les heures de nuit où la valeur d’irradiance est zéro ou négligeable en ne répertoriant dans ce tableau de cette base de données 30 que des instants entre le lever et le coucher du soleil qui peuvent facilement être déterminés par des calculs astronomiques.
[99] Dans la base de données 30 de la figure 3 sont donc renseignées des valeurs de puissance photovoltaïque 36 générées en fonction de l’irradiance 32, au moins entre le lever et le coucher du soleil de chaque jour avec des instants de la journée espacés d’intervalles de temps, de préférence réguliers, compris entre 30 min et 2 h, notamment égal à 1 h.
[100] Plus particulièrement, chaque jour de l’année peut être découpé en heures soit 8760 pas de temps pour une année commune.
[101 ] Sur une plage de 0 à 1100 W/m2 et par pas de 10 W/m2, pour chaque niveau d’irradiance et pour chaque instant de l’année répertorié dans la base de données 30, est préenregistrée une valeur de puissance 36 correspondant à une puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité 12.
[102] En conséquence, si on reçoit par exemple une irradiance globale horizontale de 470 W/m2 le 01/01/ à 12:00, on peut évaluer la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité 12 à 3 305 573 kW par exemple. A 16 heures, cette même irradiance produit une puissance photovoltaïque de 2 325 012 kW.
[103] On comprend donc qu’à partir d’une valeur d’irradiance, qui peut être une valeur prédictive ou historique, on peut de façon très simple évaluer la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité 12.
[104] Cette base de données 30 tient donc compte selon la date et la zone
géographique prédéfinie, pour des raisons astronomiques, de l’angle formé entre les rayons lumineux directs du soleil et la surface des modules photovoltaïques 14 qui varie en fonction des saisons et de l’heure de la journée. [105] Si la valeur de l’irradiance 32 déterminée par le système d’évaluations météorologiques 28 n’est pas exactement un des niveaux d’irradiance
préenregistrées de la base de données 30, on peut par exemple effectuer une correction linéaire afin d’approcher par exemple par interpolation la puissance photovoltaïque 36 générée dans ces conditions particulières.
[106] Prenons par exemple une irradiance 32 prédite de 468 W/m2 à une heure donnée d’une journée, comme par exemple à 10h le 20 Juillet. Dans un tel cas, on peut réaliser le calcul suivant :
[107] [Math. 1 ]
[109] Dans lequel :
[110] - P1 correspond à la puissance photovoltaïque 36 générée pour une
irradiance 32 prédite à un instant donné T; et
[111 ] - Ee correspond à une valeur prédite de l’irradiance 32.
[112] Selon les données de la figure 3, le 20 juillet à 10h,
[113] Pl(Ee = 468 W/m2) = 3003057
[114] D’autre part, si l’heure choisie pour l’évaluation de la puissance n’est pas une heure pile renseignée dans la base de données 30 de la figure 3, on peut également procéder à une correction linéaire afin de déterminer la puissance photovoltaïque 36 générée à cet instant précis.
[115] Par exemple, il est possible que la prédiction de l’irradiance 32 soit réalisée le 20 Juillet à 10h15. Dans un tel cas, et afin de prédire la puissance photovoltaïque 36 générée à cette heure précise le 20 Juillet et pour un intervalle de temps prédéterminé, on peut réaliser le calcul suivant :
[116] [Math. 2]
[117]
[118] Dans lequel :
[119] - P2 correspond à la puissance photovoltaïque générée à un instant
particulier de la journée pour une irradiance donnée. [120] Selon les données de la figure 3, le 20 juillet pour 468 W/m2,
[121 ] Pour 10h00 :
[122] P2(10/i00) = Pl(Ee = 468 /m2) = 3003057 + ^ (3140604 - 3003057) =
3113094/d/K
[123] Pour 11 h00 :
[124] P2(ll i00) = Pl(Pe = 468 W/m2) = 2947088
3051926/d/K
et donc pour 10h15
15
P2(10/il5) = 3113094 +— (3051926 - 3113094) = 3097802 kW
60
[125] Les corrections étant dans ce cas linéaires, elles peuvent être effectuées d’abord au niveau de l’irradiance puis au moment intra-intervalle ou dans l’ordre inverse.
[126] Selon un deuxième exemple de réalisation qui permet de réduire davantage la taille de la base de données 30, les valeurs numériques préenregistrées correspondent à des coefficients d’une fonction mathématique, notamment une fonction polynomiale par exemple de degré 4, décrivant des valeurs de puissance électrique générée en fonction de l’irradiance dans une plage de valeurs d’irradiance comprises entre 0 et 1300 W/m2.
[127] Par exemple si on trace pour différents instants dans l’année les valeurs de puissance photovoltaïque 36 en fonction des niveaux d’irradiance 32, on obtient des graphes selon la figure 4.
[128] Ainsi les courbes 41 (triangles), 43 (losanges), 45 (carrés), et 47 (ronds) montrent respectivement des valeurs de puissance photovoltaïque 36 en fonction des niveaux d’irradiance 32 pour le 01/01 à 12:00, le 01/01 à 16 :00, le 20/07 à 10:00 et le 20/07 à 11 :00.
[129] En utilisant par exemple une interpolation par une fonction polynomiale de degré 4 comme fonction mathématique par une régression au moindre carré, on peut déterminer des coefficients qui seront préenregistrés comme valeurs numériques dans la base de données 30 pour calculer la puissance électrique photovoltaïque générée en fonction de l’irradiance par l’unité de production d’électricité 12. [130] Plus spécifiquement, les valeurs des calculs de la modélisation décrit dans le paragraphe suivant illustré graphiquement dans la figure 4, on peut modéliser la relation puissance 36 vs irradiance 32 par un polynôme de degré 4 par régression au moindre carré. Ce polynôme s’écrit
[131 ] P(Ee)= A x Ee4 + B x Ee3 + C x Ee2 + D x Ee + E
[132] On déduit de cette régression les 5 coefficients A, B, C, D, et E qui seront enregistrés dans la base de données 30 pour l’instant de l’année défini comme illustré dans la figure 5 montrant un exemple de présentation et de contenu de cette base de données 30 sous forme d’un tableau avec les différents
coefficients.
[133] Aussi pour ce mode de réalisation, cette base de données 30 comporte pour chaque jour de l’année et pour différents instants de chaque jour un jeu de coefficients, par exemple A, B, C, D, E permettant de calculer des valeurs de puissance photovoltaïque générées en fonction de l’irradiance à l’aide d’une fonction mathématique.
[134] Pour évaluer la puissance photovoltaïque de l’unité de production d’électricité 12, pour une irradiance 32 issue de mesure ou de prévision, il suffira de récupérer les coefficients A à E correspondant au moment de l’évaluation dans la base de donnée 30 et de calculer la puissance 36 avec le polynôme en utilisant ces coefficients. Par exemple, pour déterminer la puissance 36 le 20 juillet à 10h00, les coefficients A à E de ce moment de l’année extraits de la base de données 30 sont respectivement : -4.6074x106, 3.1851x103, 3.4227x10°, 4.7805x103, 0x10°. La puissance photovoltaïque 36 pour une irradiance GHI de 468 W/m2 sera de :
[135] P(468) = : -4.6074x106 x 4684 + 3.1851 x103 x 4683 + 3.4227x10° x 4682 + 4.7805x103 x 468 +0x10° = 3 092 387 kW
[136] Par rapport au premier mode de réalisation, cette méthode ne nécessite pas de calcul d’interpolation en irradiance pour traiter un niveau d’irradiance précis. Par contre, il faudra toujours faire une interpolation pour évaluer la puissance à un moment compris entre 2 pas temporels de la base de données comme cela a été décrit plus haut. Dans l’exemple traité précédemment, pour évaluer la puissance à 10h15 sous une irradiance GHI de 468 W/m2,
[137] P2(1 OhOO) = 3 092 387 kW [138] P2(11 hOO) = 3 048 581 kW
[139] P2(10/il5) = 3092387
[140] Soit seulement un écart de 0.5% par rapport au premier mode de réalisation.
[141 ] Ce second mode de réalisation de la base de donnée 30 décrivant le
comportement de l’unité de production d’électricité 12 en fonction de l’irradiance et du temps est plus compacte avec seulement cinq valeurs numériques préenregistrées par pas de temps au lieu de 111 données dans le cas de la base avec un pas de 10 W/m2 entre 0 et 1100 W/m2 soit un besoin de stockage 22 fois moindre environ.
[142] D’autres modélisations mathématiques que les polynômes de degrés 4
peuvent être employées pour décrire le comportement de la puissance 36 en fonction de l’irradiance 32 en utilisant d’autres fonctions mathématiques ou d’autres régressions ou d’autres méthodes de détermination des coefficients. Les méthodes choisies influenceront la taille de la base de données et les besoins en capacité de de calcul.
[143] Ainsi, on peut évaluer la production photovoltaïque de l’unité de production d’électricité 12 à chaque instant de l’année et pour toutes les conditions d’irradiance de façon précise.
[144] Pour que cette évaluation puisse être la plus précise possible, un soin
particulier a été apporté au calcul et à la constitution de la base de données 30 ce que l’on va détailler ci-après.
[145] Réalisation de la base de données 30 et utilisation de celle-ci :
[146] La figure 6 représente de façon simplifiée et schématique des blocs
fonctionnels permettant de constituer la base de données 30. Le bloc B1 représente la modélisation de l’installation de fourniture d’énergie 11 et notamment l’unité de production d’électricité 12 dans son ensemble au préalable et le bloc 2 représente un programme de dimensionnement ou de simulation connu de l’art antérieur tel que les produits commerciaux PVSYST, PVSOL ou académiques SAM ou collaboratifs LADYBUG . Une telle modélisation prend en compte une multitude de paramètres comme en particulier, les caractéristiques des modules photovoltaïques 14, leur implantation / orientation / inclinaison sur le site 1 et leur nombre et rendement. [147] La modélisation comprend également la description du câblage des différents modules photovoltaïques 14 entre eux, ou encore la description de l’équipement de conversion de puissance (onduleurs, contrôleurs, transformateurs, etc.) utilisé par exemple.
[148] Elle peut aussi prendre en compte l’environnement comme les ombrages lointains ou proches, l’auto-ombrage.
[149] Une fois cette modélisation réalisée, on calcule et enregistre dans la base de données 30 des valeurs numériques permettant de déterminer la puissance photovoltaïque générée par l’unité de production d’électricité 12 ainsi modélisée pour tous les instants de l’année prédéfinis (ce qui est représenté par le bloc B3) et au pas de temps défini par l’utilisateur ou par le logiciel et pour des valeurs d’irradiance, par exemple la GHI, compris notamment entre 0 et 1100 W/m2 par pas de 10 W/m2 (exemple de réalisation de la figure 3) ou les coefficients de la fonction mathématique (exemple de réalisation de la figure 5) ce qui est représenté par le bloc B4, ce qui permet d’obtenir par exemple les tableaux de la base de données 30 de la figure 3 ou 5 expliqués ci-dessus.
[150] Ce calcul est donc en particulier effectué avec des logiciels connus de
dimensionnement et de modélisation d'installations photovoltaïques en prenant en compte la configuration spécifique de l’unité de production d’électricité 12 sur le site 1.
[151 ] Ces calculs, relativement consommateurs en termes de puissance de calcul et de logiciel spécialisé, ne sont effectués qu'une unique fois pour constituer la base de données 30. Comme décrit plus haut, les évaluations ultérieures sont réalisées par simple lecture ou calculs d’interpolation de valeurs dans ladite base de données 30. De plus, la constitution d’une telle base de données 30 est facilitée du fait que la modélisation de l’installation de fourniture d’énergie 11 est souvent effectuée au moins une fois avant son déploiement et montage sur le site 1 , notamment dans le cadre d'études de rentabilité.
[152] Un des avantages de l’utilisation d’une telle base de données 30 réside dans le fait que la valeur d’irradiance prédictive ou historique tient directement compte de certains phénomènes météorologiques comme par exemple de la couche nuageuse.
[153] Procédé d'évaluation de production d’énergie photovoltaïque : [154] La figure 7 montre un mode de réalisation d’un procédé d'évaluation de la production d’énergie photovoltaïque pour l’installation de fourniture d’énergie 11 implantée sur le site 1.
[155] Selon une étape E 1 , on détermine des valeurs d’irradiance passées ou
prédictives pour le site 1 sur lequel l’installation de fourniture d’énergie 11 est implantée, ceci pour des instants de la journée espacés d’intervalles de temps compris entre une seconde et deux jours, voire deux années. Cette étape E1 est notamment réalisée par la fourniture des valeurs d’irradiance par le système d'évaluations météorologiques 28 à l’unité d’évaluation et de gestion 16 grâce à des moyens de télécommunication 26.
[156] Dans le cadre d’une évaluation prédictive, la détermination de l’irradiance et d’autres paramètres météorologiques est réalisée pour des intervalles de temps prévisionnel compris entre une seconde et deux jours, notamment inférieur à 5 min. Il est clair que plus l’intervalle de temps prévisionnel est court, plus la prévision des valeurs de l’irradiance sont fiables. Puis le pas entre deux prévisions de valeurs d’irradiance peut être choisi selon les besoins, par exemple une prévision toutes les 10 s dans le cas de la gestion d’un réseau local 22 comme ce sera expliqué ci-après.
[157] Dans le cadre d’une évaluation historique, les paramètres météorologiques collectés peuvent s'étaler sur des intervalles passés de quelques minutes à quelques jours.
[158] La détermination (prédiction ou collecte) de paramètres météorologiques sur un intervalle de temps prévisionnel donné est définie sur un pas de temps inférieur ou égal à l’intervalle de temps prévisionnel donné typiquement entre une seconde et quelques heures.
[159] Puis lors d’une étape E2, on évalue la puissance photovoltaïque générée en fonction des valeurs d’irradiance déterminées, du point temporel dans l’année de cette évaluation et des valeurs de puissance générée préenregistrées 36 dans la base de données 30 par simple lecture ou par calcul en utilisant la fonction mathématique et les coefficients comme cela a été détaillé ci-dessus pour les deux modes de réalisation, le cas échant en réalisant des interpolations linéaires pour l’irradiance 32 ou l’instant dans l’année 34. [160] Selon une étape optionnelle E3, on réalise une étape de correction des valeurs préenregistrées 36 dans la base de données 30 de la puissance photovoltaïque générée en tenant compte de valeurs prédictives, passés ou mesurées de la température (notamment température des modules 14 ou température ambiante sur le site 1 ) et/ou de la vitesse du vent sur le site 1 d’implantation en appliquant un coefficient de correction, notamment linéaire.
[161 ] En effet, les modules photovoltaïques 14 et particulièrement les cellules qui les composent sont les composants dont le rendement de conversion
photovoltaïque est lié de façon quasi linéaire à la température d’opération des cellules. Au second ordre, la température ambiante peut limiter le rendement de conversion des convertisseurs d’énergie comme les onduleurs.
[162] La température peut donc par exemple être déterminée à l’aide d’un capteur de température fixé à un module 14 et relié à l’unité d’évaluation et de gestion 16 ou être issue de calculs de prévisions météorologiques transmis par le système d’évaluation météorologique 28.
[163] En exécutant les étapes E1 et E2 ou E1 à E3 en boucle avec un pas
d’échantillonnage inférieur ou égal à cinq minutes, et notamment toutes les secondes, on peut donc réaliser des évaluations de production d’énergie photovoltaïque précises et rapides.
[164] Dans le cas où le pas d’échantillonnage des valeurs reçues d’irradiance, de température ou de la vitesse de vent est supérieur à celui du pas
d’échantillonnage des calculs d’évaluation (pas entre deux déterminations de valeurs d’irradiance plus long que pas entre deux évaluations de la production d’électricité), on peut également utiliser une interpolation linéaire en première approximation pour affiner les calculs.
[165] L’utilisation d’une base de données 30, par exemple sous forme d’une table, afin de déterminer la puissance photovoltaïque 36 théorique passée ou à venir générée par l’unité de production d’électricité 12 par simple détermination (collecte prédictive ou historique) de l’irradiance permet de limiter les puissances de calcul nécessaires au strict minimum. Ainsi, l’utilisation d’une telle base de données 30 permet de faciliter les calculs et permet donc une détermination plus simple et plus rapide de la puissance photovoltaïque 36 générée par l’installation de fourniture d’énergie 11 à tout moment de la journée et de l’année. L’utilisation de cette base de données 30 permet une évaluation quasiment instantanée de la puissance électrique générée ce qui n’est pas possible avec les programmes de dimensionnement connus de l’art antérieur.
[166] De plus, l’utilisation d’une telle base de données 30 permet une
automatisation de la détermination de la puissance photovoltaïque théoriquement générée par l’installation de fourniture d’énergie 11 avec un pas
d’échantillonnage fin inférieur ou égal à 5 minutes, et notamment toutes les minutes.
[167] Les calculs d’évaluation peuvent en outre se faire sur une machine physique ou une machine virtuelle sur le nuage informatique ce qui n’est pas toujours possible avec par exemple des logiciels de dimensionnement photovoltaïques commerciaux.
[168] Ces évaluations peuvent être utilisées pour la gestion du réseau électrique local 22 par exemple ou pour un contrôle de fonctionnement de l’unité de production d’électricité 12.
[169] Gestion d’un réseau électrique local 22 :
[170] La figure 8 montre un mode de réalisation d’un procédé de prévision de la production d'énergie photovoltaïque et de gestion d'appareils électriques qui est par exemple mis en œuvre par l’unité d’évaluation et de gestion 16 pour la gestion du réseau électrique local 22.
Selon une étape F1 qui est similaire à l’étape E1 de la figure 7, on collecte des paramètres météorologiques prédictifs (valeur de d’irradiance, température sur le site 1 , vitesse du vent sur le site 1 par exemple) pour le site 1 où l’installation de fourniture d’énergie 11 est implantée. Les valeurs des paramètres
météorologiques prédictifs sont par exemple fournies par le système
d’évaluations météorologiques 28. Puis s’ensuivent les étapes E2 et E3 (E3 étant optionnel) comme décrit ci-dessus en relation avec la figure 5.
Enfin, lors d’une étape F4, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est configurée pour contrôler le réseau électrique local 22 en fonction de la prévision de la production d'énergie photovoltaïque de l’installation de fourniture d’énergie 11.
[171 ] Ce contrôle du réseau électrique local peut comporter une ou plusieurs des actions suivantes dans la liste non-exhaustive comme par exemple:
- l’adaptation de la consommation d’un ou de plusieurs appareils électriques 10, - le stockage dans depuis l’unité de stockage 18 et/ou l’injection de l’électricité électrique depuis l’unité de stockage 18,
- mise en route ou arrêt d’un ou plusieurs générateurs thermique d’électricité 20,
- retrait ou injection d’électricité depuis ou vers le réseau public 24.
[172] Procédé de surveillance et de diagnostic de production d'énergie :
[173] L’agilité, la rapidité et la faible consommation en puissance de calcul permet aussi d’utiliser le procédé d’évaluation dans le cadre d’un procédé de
surveillance et de diagnostic de production d'énergie photovoltaïque pour une installation de fourniture d’énergie 11 implantée sur un site 1 comme représenté schématiquement selon un exemple sur la figure 9. La rapidité et la frugalité de calcul du procédé permet de faire la surveillance d’un grand nombre de sites avec des fréquences importantes avec des ressources informatiques limitées. Selon une étape G1 qui est similaire à l’étape E1 de la figure 7, on collecte des paramètres météorologiques historiques (valeur de d’irradiance, température sur le site 1 , vitesse du vent sur le site 1 par exemple) pour le site 1 où l’installation de fourniture d’énergie 11 est implantée. Les valeurs des paramètres
météorologiques historiques sont par exemple fournies par le système
d’évaluations météorologiques 28 travaillant à partir d’images satellite.
Selon une variante non représentée, ces valeurs historiques peuvent être fournies par des capteurs du site 1 et enregistrées par exemple dans une mémoire de l’unité d’évaluation et de gestion 16.
Puis s’ensuivent les étapes E2 et E3 (E3 étant optionnel) comme décrit ci-dessus en relation avec la figure 7. Ces étapes E2 et E3 permettent donc de fournir une valeur de référence que l’installation de fourniture d’énergie 11 aurait dû produire en fonction de l’irradiance et éventuellement de la température.
Ensuite, lors d’une étape G4, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est configurée pour comparer la production d’énergie photovoltaïque évaluée sur la base des valeurs météorologiques historiques à la production photovoltaïque effective mesurée pendant un intervalle de temps passé.
[174] Enfin, selon une étape G5, l’unité d’évaluation et de gestion 16 est configurée pour générer une alerte si la différence entre la production d’énergie
photovoltaïque évaluée et la production photovoltaïque mesurée pendant l'intervalle de temps passé est supérieure à un seuil prédéfini. [175] En effet, si la valeur mesurée est significativement inférieure à la valeur théorique (par exemple 10%), on peut en déduire que l’installation de fourniture d’énergie 11 est sujet à un dysfonctionnement tel que la présence de poussières ou saleté sur les modules photovoltaïques 14, un défaut de chaîne de modules 14 etc. nécessitant une intervention de maintenance.
[176] Les paramètres météorologiques historiques peuvent être collectés avec une grande précision et/ou avec une quantité de données importante. Une évaluation plus fine de la puissance théorique au cours du temps ou bien une évaluation sur un intervalle de temps plus long est donc possible avec une même puissance de calcul.
[177] On comprend donc qu’un des aspects déterminants de la présente invention réside dans l’utilisation d’une base de données 30 et dans le choix de comment cette base de données 30 est organisée pour permettre d’évaluer la production d’électricité avec des valeurs numériques préenregistrées permettant de déterminer la puissance photovoltaïque spécifique de l’installation 11 sur le site 1 et à partir de peu de variables que sont par exemple un moment de l’année (date + heure permettant de prendre en compte les aspects astronomiques et géométriques) et l’irradiance (permettant de prendre en compte les aspects météorologiques et astronomiques) ou des coefficients comme expliqué ci- dessus.
[178] De plus, au regard de la fréquence d’itération du procédé de prédiction de production d’énergie photovoltaïque, même de courtes perturbations
météorologiques, comme par exemple le passage de nuages qui ferait chuter l’irradiance sur les modules photovoltaïque 14 de l’unité de production
d’électricité 12 peuvent être appréhendées pour la prédiction de la puissance photovoltaïque générée par l’installation de fourniture d’énergie 11.
[179] De même, les courtes perturbations météorologiques perturberont moins
l'évaluation de la puissance théorique avec des relevés de paramètres
météorologiques suffisamment fréquents et rapprochés au cours de l'intervalle de temps étudié grâce à un temps de calcul court.
[180] De ce fait, les calculs d’évaluation peuvent se faire sur une machine physique ou une machine virtuelle sur le nuage informatique. [181 ] Les exemples de réalisation donnés ci-dessus sont donnés à titre illustratif et non limitatifs.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque pour une installation de fourniture d’énergie (11 ) implantée sur un site (1 ), l’installation de fourniture d’énergie (11 ) comprenant au moins une unité de production d’électricité (12) ayant au moins un module
photovoltaïque (14);
caractérisé en ce que le procédé d’évaluation de production d’énergie photovoltaïque comprend les étapes suivantes:
- détermination (E1 , F1 , G1 ) de valeurs d’irradiance passées ou prédictives pour le site (1 ) sur lequel l’installation de fourniture d’énergie (11 ) est implantée, ladite détermination étant réalisée pour des intervalles de temps compris entre une seconde et deux ans, et
- évaluation de la puissance photovoltaïque générée (E2) en fonction des valeurs d’irradiance déterminées et de valeurs numériques préenregistrées dans une base de données (30), cette base de données (30) comportant pour chaque jour de l’année et différents instants de chaque jour des valeurs numériques préenregistrées permettant de déterminer la puissance électrique photovoltaïque générées en fonction de l’irradiance.
[Revendication 2] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les valeurs numériques préenregistrées dans la base de données (30)
correspondent à des valeurs de puissance électrique photovoltaïque générées en fonction de valeurs d’irradiance.
[Revendication 3] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base de données (30) comporte pour chaque instant répertorié dans la base de données (30) des valeurs de puissance électrique générée en fonction de différents niveaux d’irradiance, les niveaux
d’irradiance étant compris dans une plage entre 0 et 1300 W/m2, en particulier par pas de 10 W/m2.
[Revendication 4] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour un niveau d’irradiance qui n’est pas renseigné dans la base de données (30) et qui se situe entre deux niveaux renseignés dans la base de données (30), la valeur de la puissance électrique photovoltaïque est déterminée par interpolation linéaire des valeurs de puissance électrique photovoltaïque renseignées aux deux niveaux d’irradiance renseignés dans la base de données (30).
[Revendication 5] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les valeurs numériques préenregistrées dans la base de données (30) correspondent à des coefficients d’une fonction mathématique décrivant des valeurs de puissance électrique générée en fonction de l’irradiance.
[Revendication 6] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fonction mathématique est un polynôme, notamment de degré 4.
[Revendication 7] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication 6, caractérisé en ce que les coefficients de la fonction mathématique sont déterminés par régression au moindre carré de valeurs de puissance électrique générée en fonction de différentes valeurs d’irradiance, les valeurs d’irradiance étant comprises dans une plage entre 0 et 1300 W/m2.
[Revendication 8] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de correction de la puissance électrique photovoltaïque générée en fonction de l’irradiance, cette étape de correction tenant compte de valeurs prédictives, passés ou mesurées de température et/ou de vitesse du vent sur le site (1 ) d’implantation en appliquant un coefficient de correction.
[Revendication 9] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le coefficient de correction est linéaire.
[Revendication 10] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les valeurs numériques préenregistrées sont renseignées dans la base de données (30) au moins entre le lever et le coucher du soleil de chaque jour avec des instants de la journée espacés d’un temps compris entre 5 min et 2 h, notamment égal à 1 h.
[Revendication 11 ] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon la revendication 10, caractérisé en ce que pour un instant de la journée qui n’est pas renseigné dans la base de données (30) et qui se situe entre deux instants renseignés dans la base de données (30), les valeurs numériques préenregistrées sont déterminées par interpolation linéaire des valeurs numériques préenregistrées renseignées aux deux instants renseignés dans la base de données (30).
[Revendication 12] Procédé d'évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’évaluation de la production d’énergie électrique est réalisée avec un pas d’échantillonnage inférieur ou égal à cinq minutes, et notamment toutes les secondes.
[Revendication 13] Procédé de prévision de la production d'énergie
photovoltaïque et de gestion d'appareils électriques pour une installation de fourniture d’énergie (11 ) implantée sur un site (1 ) équipé d’au moins un appareil électrique (10), l’installation de fourniture d’énergie (11 ) comprenant au moins une unité de production d’électricité (12) ayant au moins un module photovoltaïque (14),
comportant les étapes :
- exécution d’un procédé d’évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel lors de l’étape de détermination des valeurs d’irradiance, on détermine ( F1 ) des valeurs d’irradiance prédictives pour le site (1 ) sur lequel l’installation de fourniture d’énergie (11 ) est implantée, ladite détermination étant réalisée pour un intervalle de temps prévisionnel compris entre une seconde et deux jours, et
- adaptation du mode de fonctionnement d'au moins un appareil électrique (10) en fonction de l’évaluation de la production d'énergie photovoltaïque de l’installation de fourniture d’énergie (11 ).
[Revendication 14] Procédé de surveillance et de diagnostic de production d'énergie photovoltaïque pour une installation de fourniture d’énergie (11 ) implantée sur un site (1 ), l’installation de fourniture d’énergie (11 ) comprenant au moins une unité de production d’électricité (12) ayant au moins un module photovoltaïque (14) comportant les étapes :
- exécution d’un procédé d’évaluation de la production d’énergie
photovoltaïque selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel lors de l’étape de détermination des valeurs d’irradiance, on détermine ( G1 ) des valeurs d’irradiance historiques pour le site (1 ) sur lequel l’installation de fourniture d’énergie (11 ) est implantée pour un intervalle de temps passé, et
- comparaison (G4) de la production d’énergie photovoltaïque évaluée à la production photovoltaïque mesurée pendant l'intervalle de temps passé.
[Revendication 15] Procédé de surveillance et de diagnostic de production d'énergie photovoltaïque selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une étape de génération d’une alerte (G5) si la différence entre la production d’énergie photovoltaïque évaluée et la production photovoltaïque mesurée pendant l'intervalle de temps passé est supérieure à un seuil prédéfini.
[Revendication 16] Unité d’évaluation et de gestion (16) comprenant des moyens configurés pour la mise en oeuvre d’un procédé selon l’une
quelconque des revendications 1 à 15.
[Revendication 17] Produit programme d'ordinateur chargeable dans la
mémoire interne d'une unité d’évaluation et de gestion (16) comprenant des portions de code de logiciel pour l'exécution des étapes d’un procédé selon l'une des revendications 1 à 15 lorsque ledit programme d'ordinateur est exécuté par un ordinateur.
EP20717881.5A 2019-04-11 2020-04-10 Procédé d'évaluation de la production d'énergie photovoltaïque et unité d'évaluation et de gestion mettant en oeuvre le procédé Pending EP3953875A1 (fr)

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