FR2689333A1 - Energy meter for solar panel energy generator - has box housing microprocessor with memory and counters connected to display while control switches are mounted in storage battery circuit - Google Patents
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Abstract
Description
"Ensemble régulateur et enregistreur pour installation de
production et de stockage d1 énergie électrique"
La présente invention concerne un ensemble à fonctions combinées de régulateur et d'enregistreur, destiné à une installation de production et de stockage d'énergie électrique, telle qu'une installation utilisant en tant que générateur des modules photovoltaïques qui transforment directement, au cours de la journée, le rayonnement solaire en électricité qui est stockée dans une batterie et qui peut être restituée au moment voulu, notamment en période nocturne, selon les besoins de l'utilisateur."Regulator and recorder assembly for installation of
production and storage of electrical energy "
The present invention relates to an assembly with combined functions of regulator and recorder, intended for an installation for the production and storage of electrical energy, such as an installation using as generator photovoltaic modules which transform directly, during during the day, the solar radiation in electricity which is stored in a battery and which can be restored at the desired time, in particular at night, according to the needs of the user.
De telles installations de production et de stockage d'énergie électrique sont actuellement utilisées dans des lieux isolés, par exemple pour des refuges de montagne ou dans des régions à faible densité de population, telles que des zones semi-désertiques, où la distribution d'énergie électrique par un réseau public est impossible ou non rentable. Such electrical energy production and storage installations are currently used in isolated places, for example for mountain huts or in sparsely populated regions, such as semi-desert areas, where the distribution of electric power from a public grid is impossible or unprofitable.
Ce genre d'installation est souvent considéré par l'utilisateur comme fournissant une énergie "gratuite", mais en réalité il n'en est rien. En effet, le matériel nécessite pour sa pérennité un entretien et une maintenance, et les batteries de stockage possèdent de toute façon une durée de vie limitée de sorte que leur remplacement périodique doit être prévu. La durée de vie des batteries de stockage est d'autant plus courte que leur utilisation est intense ; en particulier, des décharges fortes et fréquentes de ces batteries réduisent considérablement leur durée de vie. This type of installation is often considered by the user as providing "free" energy, but in reality it is not. Indeed, the equipment requires for its sustainability upkeep and maintenance, and the storage batteries anyway have a limited lifespan so that their periodic replacement must be planned. The lifespan of storage batteries becomes shorter the more intensive they are; in particular, strong and frequent discharges of these batteries considerably reduce their lifespan.
Il existe donc un besoin de mieux contrôler l'utilisation de telles installations de production et de stockage d'énergie électrique, en incitant l'utilisateur à limiter ou du moins à maitriser sa consommation, et en obligeant l'utilisateur à payer l'entretien et la maintenance de son installation, au prorata de sa consommation et du temps d'utilisation, selon une certaine peréquation. There is therefore a need to better control the use of such electrical energy production and storage facilities, by encouraging the user to limit or at least control his consumption, and by obliging the user to pay for maintenance. and maintenance of its installation, in proportion to its consumption and time of use, according to a certain equalization.
La présente invention vise à satisfaire ce besoin de nature technique et économique, en fournissant des moyens qui, tout en assurant la régulation souhaitable au fonctionnement de l'installation, permettent d'enregistrer ses principaux paramètres de fonctionnement et de déterminer l'énergie consommée par l'installation concernée ou de donner une quelconque mesure de l'utilisation de cette installation, notamment en constituant un système coercitif qui, après épuisement d'un certain "crédit" de consommation alloué à l'utilisateur, oblige ce dernier à racheter un nouveau "crédit" pour pouvoir continuer d'utiliser son installation. The present invention aims to satisfy this need of a technical and economic nature, by providing means which, while ensuring the desirable regulation for the operation of the installation, make it possible to record its main operating parameters and to determine the energy consumed by the installation concerned or to give any measure of the use of this installation, in particular by constituting a coercive system which, after the exhaustion of a certain consumption "credit" allocated to the user, obliges the latter to buy a new one "credit" to be able to continue using its installation.
A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un ensemble régulateur et enregistreur pour installation de production et de stockage d'énergie électrique, comprenant au moins un générateur d'énergie électrique, au moins une batterie de stockage reliée au générateur par un circuit électrique de charge, et un circuit électrique d'utilisation également relié à la batterie de stockage, avec un régulateur apte à établir ou couper les circuits électriques de charge et d'utilisation, caractérisé en ce qu'au régulateur est associé un enregistreur apte à recevoir des paramètres de fonctionnement de l'installation, à traiter ces paramètres de manière à quantifier l'utilisation de l'installation, et à mémoriser une valeur représentative de l'importance de l'utilisation de l'installation. To this end, the subject of the invention is essentially a regulator and recorder assembly for an installation for the production and storage of electrical energy, comprising at least one generator of electrical energy, at least one storage battery connected to the generator by a circuit. electric charge, and an electric use circuit also connected to the storage battery, with a regulator capable of establishing or cutting the electric charge and use circuits, characterized in that the regulator is associated with a recorder capable of receive operating parameters of the installation, process these parameters so as to quantify the use of the installation, and store a value representative of the importance of the use of the installation.
Avantageusement, l'enregistreur est prévu pour quantifier l'utilisation de l'installation en combinant la consommation d'énergie dans le circuit d'utilisation et le temps d'utilisation, d'une manière qui peut être comparée aux compteurs des taxis qui prennent en considération non seulement la distance parcourue mais aussi le temps de la course, même si le véhicule est à l'arrêt. Advantageously, the recorder is provided to quantify the use of the installation by combining the energy consumption in the use circuit and the time of use, in a manner which can be compared to the meters of taxis which take in consideration not only the distance traveled but also the time of the race, even if the vehicle is stationary.
De préférence, l'enregistreur est ainsi conçu pour compter ou décompter des unités représentatives de l'importance de l'utilisation de l'installation, et pour émettre vers le régulateur un ordre de coupure du circuit d'utilisation lorsqu'un "crédit" de consommation prédéterminé est atteint ou dépassé. Preferably, the recorder is thus designed to count or count units representative of the importance of the use of the installation, and to send to the regulator an order to cut off the circuit of use when a "credit" predetermined consumption is reached or exceeded.
Dans ce dernier cas, l'enregistreur est avantageusement réalisé comme un boîtier débrochable, devant être retiré et remplacé par un autre boîtier similaire lorsque son "crédit" de consommation est atteint ou dépassé ; on peut ainsi organiser facilement un système de péage, obligeant l'utilisateur dont le "crédit" est épuisé à ramener son boîtier enregistreur vers un service central d'exploitation, qui lui remet alors un nouveau boîtier rechargé d'un certain "crédit" seulement contre paiement d'une redevance permettant de couvrir les frais d'entretien et de maintenance de l'installation, y compris le remplacement des batteries. Bien entendu, l'installation doit être conçue de telle sorte que le retrait du boîtier débrochable ne laisse aucune possibilité de branchement du circuit d'utilisation sans remise en place d'un autre boîtier similaire, de manière à éviter toute fraude. In the latter case, the recorder is advantageously produced as a withdrawable box, to be removed and replaced by another similar box when its consumption "credit" is reached or exceeded; we can thus easily organize a toll system, obliging the user whose "credit" is exhausted to bring his recording box to a central operating service, which then gives him a new box recharged with a certain "credit" only against payment of a fee to cover the costs of servicing and maintaining the installation, including replacing the batteries. Of course, the installation must be designed in such a way that the withdrawal of the withdrawable housing leaves no possibility of connecting the operating circuit without replacing another similar housing, so as to avoid any fraud.
De plus, la conception de l'enregistreur comme boîtier débrochable, restitué à un service central d'exploitation après une certaine durée d'utilisation, permet de concevoir le boîtier comme une "boite noire" qui conserve en mémoire des données significatives de l'utilisation de l'installation, que le service central d'exploitation pourra analyser après la restitution dudit boîtier, en vue d'établir un historique de l'utilisation de chaque installation gérée par ce service, afin de mieux contrôler l'installation et d'améliorer ainsi son entretien en l'adaptant à son utilisation. In addition, the design of the recorder as a withdrawable box, returned to a central operating service after a certain period of use, makes it possible to design the box as a "black box" which stores significant data from the use of the installation, which the central operating service can analyze after the return of said unit, with a view to establishing a history of the use of each installation managed by this service, in order to better control the installation and thus improving its maintenance by adapting it to its use.
Le boîtier débrochable peut être conçu comme un module entièrement indépendant du régulateur, ce dernier étant autonome du point de vue de sa structure et de son fonctionnement, et restant fixe sur l'installation concernée contrairement au boîtier enregistreur. The withdrawable box can be designed as a module entirely independent of the regulator, the latter being autonomous from the point of view of its structure and operation, and remaining fixed on the installation concerned unlike the recording box.
Toutefois, selon une disposition complémentaire avantageuse de l'invention, l'enregistreur comporte des moyens internes de détermination de l'état de charge de la batterie de stockage à partir des paramètres reçus, et d'émission vers le régulateur d'ordres d'établissement ou de coupure des circuits électriques de charge et d'utilisation en fonction de l'état de charge de la batterie. Ainsi, les moyens électroniques de traitement de l'enregistreur, notamment réalisés sur la base d'un microprocesseur, sont mis à profit pour piloter le régulateur à partir de l'état de charge calculé de la batterie de stockage, ce qui permet une régulation précise et adaptée de la charge et de la décharge de cette batterie.However, according to an advantageous additional arrangement of the invention, the recorder includes internal means for determining the state of charge of the storage battery from the parameters received, and for sending to the order controller. establishment or interruption of the electric charge and use circuits according to the state of charge of the battery. Thus, the electronic processing means of the recorder, in particular produced on the basis of a microprocessor, are used to control the regulator from the calculated state of charge of the storage battery, which allows regulation precise and suitable for charging and discharging this battery.
A titre d'exemple, les paramètres mesurés sur l'installation concernée et transmis à l'enregistreur sont la tension aux bornes de la batterie de stockage, la température de cette batterie, l'intensité du courant dans le circuit électrique de charge et l'intensité du courant dans le circuit électrique d'utilisation. Les données mises en mémoire dans l'enregistreur peuvent être l'état de charge de la batterie de stockage, la température de cette batterie, l'énergie électrique fournie par le générateur et l'énergie électrique consommée, ces données étant déterminées par exemple chaque jour ou selon toute autre périodicité prédéfinie, en fonction des capacités de mise en mémoire. Le boîtier débrochable comporte avantageusement un afficheur associé à un sélecteur manuel, permettant la visualisation de ces divers paramètres et/ou données. For example, the parameters measured on the installation concerned and transmitted to the recorder are the voltage at the terminals of the storage battery, the temperature of this battery, the intensity of the current in the electrical charging circuit and l current intensity in the electrical circuit of use. The data stored in the recorder can be the state of charge of the storage battery, the temperature of this battery, the electrical energy supplied by the generator and the electrical energy consumed, this data being determined for example each day or any other predefined periodicity, depending on the storage capacities. The withdrawable box advantageously comprises a display associated with a manual selector, allowing the display of these various parameters and / or data.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet ensemble régulateur et enregistreur pour installation de production et de stockage d'énergie électrique
Figure 1 est un schéma synoptique d'une installation de production d'énergie électrique à modules photovoltaïques, équipée de l'ensemble régulateur et enregistreur conforme à la présente invention
Figure 2 est un schéma-bloc plus détaillé, illustrant la partie "enregistreur".In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended diagrammatic drawing representing, by way of nonlimiting example, an embodiment of this regulator and recorder assembly for installation of production and storage of electrical energy
Figure 1 is a block diagram of an installation for producing electrical energy with photovoltaic modules, equipped with the regulator and recorder assembly according to the present invention
Figure 2 is a more detailed block diagram illustrating the "recorder" part.
Comme le montre la figure 1, l'invention est ici décrite dans le cas de son application particulière à une installation de production et stockage d'énergie électrique, comportant en tant que générateur des modules photovoltaïques I qui transforment directement le rayonnement solaire 2 en électricité, en vue de l'alimentation de récepteurs désignés globalement comme utilisation 3. L'énergie électrique produite est stockée dans une batterie 4 qui permet de restituer, au moment voulu, l'énergie accumulée durant la journée. Un régulateur 5 assure le fonctionnement approprié de l'installation. Le régulateur 5 possède un interrupteur 6 placé sur le circuit de charge 7 de la batterie de stockage 4, et un autre interrupteur 8 placé sur le circuit d'utilisation 9. L'interrupteur 7 protège la batterie 4 contre la surcharge en coupant éventuellement le circuit de charge 7, tandis que l'interrupteur 8 protège la batterie 4 contre la décharge en coupant éventuellement le circuit d'utilisation 9 ; la tension Ub de la batterie de stockage 4 peut ainsi être maintenue entre des valeurs limites déterminées. As shown in FIG. 1, the invention is here described in the case of its particular application to an installation for the production and storage of electrical energy, comprising, as generator, photovoltaic modules I which directly transform the solar radiation 2 into electricity , for the supply of receivers generally designated as use 3. The electrical energy produced is stored in a battery 4 which makes it possible to restore, at the desired time, the energy accumulated during the day. A regulator 5 ensures the proper functioning of the installation. The regulator 5 has a switch 6 placed on the charge circuit 7 of the storage battery 4, and another switch 8 placed on the use circuit 9. The switch 7 protects the battery 4 against overcharging by possibly cutting the charging circuit 7, while the switch 8 protects the battery 4 against discharge by possibly cutting off the operating circuit 9; the voltage Ub of the storage battery 4 can thus be maintained between determined limit values.
Pour contrôler le fonctionnement de l'installation, on prévoit sur le circuit de charge 7 un organe 10 de mesure du courant de charge Ic, et sur le circuit d'utilisation 9 un organe 11 de mesure du courant utilisé Iu. D'autres détecteurs non représentés assurent la mesure de la tension Ub aux bornes de la batterie de stockage 4, et de la température Tb de cette batterie 4. To control the operation of the installation, provision is made on the charging circuit 7 for a member 10 for measuring the charging current Ic, and on the operating circuit 9 for a member 11 for measuring the current used Iu. Other detectors not shown ensure the measurement of the voltage Ub at the terminals of the storage battery 4, and of the temperature Tb of this battery 4.
Les quatre paramètres de fonctionnement Ic,Iu,Ub et Tb sont amenés à un boîtier débrochable 12, qui sert d'enregistreur et comporte sur sa face avant un afficheur 13. Comme le montre plus précisément la figure 2, le boîtier 12 renferme un microprocesseur 14, qui est en relation avec l'afficheur 13, avec des mémoires 15 et avec des compteurs 16, le microprocesseur 14 incluant une horloge interne 17. The four operating parameters Ic, Iu, Ub and Tb are brought to a withdrawable housing 12, which serves as a recorder and has on its front face a display 13. As shown more precisely in FIG. 2, the housing 12 contains a microprocessor 14, which is in relation to the display 13, with memories 15 and with counters 16, the microprocessor 14 including an internal clock 17.
Le microprocesseur 14 possède une capacité de calcul et de traitement adaptée, et il assure notamment les fonctions suivantes
Ce microprocesseur 14 permet l'affichage sélectif des quatre paramètres Ic,Iu,Ub et Tb précités. A cet effet, un bouton-poussoir 18 permet de faire apparaître successivement, sur l'afficheur 13, ces différents paramètres.The microprocessor 14 has a suitable computation and processing capacity, and it in particular performs the following functions
This microprocessor 14 allows the selective display of the four parameters Ic, Iu, Ub and Tb mentioned above. To this end, a push button 18 allows these different parameters to appear successively on the display 13.
A partir des mêmes paramètres, le microprocesseur 14 détermine, par un calcul automatique, l'état de charge
C de la batterie de stockage 4, exprimé par exemple en pourcentage. Cet état de charge calculé peut lui aussi être affiché en 13, et il peut en outre agir sur le régulateur 5.From the same parameters, the microprocessor 14 determines, by an automatic calculation, the state of charge
C of the storage battery 4, expressed for example as a percentage. This calculated state of charge can also be displayed at 13, and it can also act on regulator 5.
Ainsi, comme l'illustre la liaison 19 de la figure 1, le microprocesseur du boîtier 12 assure éventuellement le pilotage du régulateur 5, c'est-à-dire qu'il commande l'ouverture et la fermeture des interrupteurs 6 et 8 en fonction de l'état de charge calculé de la batterie de stockage 4. Thus, as illustrated by the link 19 in FIG. 1, the microprocessor of the housing 12 possibly controls the regulator 5, that is to say that it controls the opening and closing of the switches 6 and 8 in dependent on the calculated state of charge of the storage battery 4.
A partir des paramètres précités, le microprocesseur 14 détermine encore par intégration la quantité d'énergie Wc fournie en un jour par les modules photovoltaïques 1, et la quantité d'énergie Wu consommée en un jour par l'utilisation 3. Ainsi, le microprocesseur 14 permet de mettre en mémoire en 15, chaque jour, quatre données qui sont respectivement : l'état de charge C de la batterie de stockage 4, la température Tb de cette batterie 4, l'énergie Wc fournie par les modules photovoltaïques 1 et l'énergie consommée Wu. From the above parameters, the microprocessor 14 further determines by integration the amount of energy Wc supplied in one day by the photovoltaic modules 1, and the amount of energy Wu consumed in one day by the use 3. Thus, the microprocessor 14 makes it possible to store in memory 15, each day, four data which are respectively: the state of charge C of the storage battery 4, the temperature Tb of this battery 4, the energy Wc supplied by the photovoltaic modules 1 and energy consumed Wu.
Les compteurs 16 reçoivent d'une part les impulsions H de l'horloge interne 17, et d'autre part les données relatives à l'énergie consommée Wu. En fonction du temps et de la consommation d'énergie, ces compteurs 16 déterminent le "crédit" de consommation qui reste à l'utilisateur exprimé comme un nombre N d'unités et ils émettent à un certain instant, en direction du régulateur 5, un ordre R de coupure du circuit d'utilisation 9 par ouverture de l'interrupteur 8. Cette situation d'épuisement du "crédit" de consommation peut être signalée à l'utilisateur par l'éclairement d'un voyant lumineux 20 sur la face avant du boîtier 12. The counters 16 receive on the one hand the pulses H from the internal clock 17, and on the other hand the data relating to the energy consumed Wu. As a function of time and of the energy consumption, these counters 16 determine the consumption "credit" which remains with the user expressed as a number N of units and they emit at a certain instant, in the direction of the regulator 5, an order R to cut the operating circuit 9 by opening the switch 8. This situation of exhaustion of the consumption "credit" can be signaled to the user by the lighting of an indicator light 20 on the front face of the housing 12.
Une telle situation impose, pour poursuivre l'utilisation de l'installation, le retrait du boîtier débrochable 12 et son retour vers un service central d'exploitation, où il est échangé contre un nouveau boîtier 12' identique, mais comportant un "crédit" de consommation, le nouveau boîtier 12' pouvant être remis à l'utilisateur contre paiement d'une redevance. Such a situation requires, in order to continue using the installation, the withdrawal of the withdrawable box 12 and its return to a central operating service, where it is exchanged for a new box 12 'identical, but comprising a "credit" consumption, the new box 12 'can be returned to the user against payment of a fee.
Par ailleurs, le boîtier 12 ramené au service central d'exploitation aura ses mémoires 15 "vidées" dans un ordinateur, de sorte que les données mémorisées pourront être collectées et analysées. De plus, les compteurs 16 de ce boîtier 12 seront remis à zéro ou réinitialisés de manière à le rendre réutilisable d'une manière identique à celle qui vient d'être décrite. Furthermore, the box 12 brought back to the central operating service will have its memories 15 "emptied" in a computer, so that the stored data can be collected and analyzed. In addition, the counters 16 of this box 12 will be reset or reset so as to make it reusable in a manner identical to that which has just been described.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet ensemble régulateur et enregistreur pour installation de production et de stockage d'énergie électrique qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications de détail, concernant par exemple l'adjonction de fonctions complémentaires dans le boîtier débrochable, ou encore en destinant le même ensemble régulateur et enregistreur à une installation dans laquelle la production d'énergie électrique s'effectue selon un autre procédé, tel qu'éolienne ou microcentrale hydraulique ou tout autre type de générateur. It goes without saying that the invention is not limited to the sole embodiment of this regulator and recorder assembly for an installation for producing and storing electrical energy which has been described above, by way of example. ; on the contrary, it embraces all of the variant embodiments and applications respecting the same principle. Thus, one would not depart from the scope of the invention by modifications of detail, for example concerning the addition of complementary functions in the withdrawable housing, or even by destining the same regulator and recorder assembly to an installation in which produces electrical energy by another process, such as wind or micro hydraulic or any other type of generator.
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