DESCRIPTION DESCRIPTION
La présente invention concerne le domaine de la production d'énergie électrique, à partir de l'énergie solaire et a pour objet un dispositif de production d'énergie électrique par panneau solaire photovoltaïque, destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation. On sait que les panneaux solaires photovoltaïques, qui convertissent la lumière du soleil en électricité, constituent les composants de base de nombreux dispositifs de production d'énergie électrique dans des applications variées et adaptées au courant continu fourni par lesdits panneaux. Or, pour des applications dans le domaine de l'habitation, de tels panneaux, qui produisent du courant continu, doivent être raccordés électriquement à des onduleurs pour transformer le courant continu en courant alternatif adapté à la plupart des appareils domestiques. The present invention relates to the field of the production of electrical energy, from solar energy and relates to a device for producing electrical energy by photovoltaic solar panel, intended more particularly to meet the needs of energy consumption. in a dwelling. It is known that solar photovoltaic panels, which convert sunlight into electricity, are the basic components of many electric power generation devices in various applications adapted to the direct current provided by said panels. However, for applications in the field of housing, such panels, which produce direct current, must be electrically connected to inverters to convert the direct current into alternating current suitable for most domestic appliances.
Toutefois, la production d'énergie électrique à partir de panneaux photovoltaïques est maximale dans la journée avec un bon ensoleillement, ce qui ne correspond pas à la période de consommation maximale, la nuit, où la production d'énergie électrique est nulle. En outre, la production d'énergie électrique est irrégulière du fait des variations de l'ensoleillement et donc de mauvaise qualité. Par ailleurs, la puissance maximale instantanée obtenue avec de tels panneaux est souvent inférieure à la consommation instantanée de certains appareils électroménagers. Enfin, le coût de l'investissement des panneaux solaires photovoltaïques dépend fortement de la puissance maximale instantanée à installer, ce qui rend l'énergie électrique produite nettement plus chère que celle fournie par le réseau de distribution électrique. En ce qui concerne le problème du coût de l'investissement, la solution actuelle consiste, plutôt que d'utiliser l'énergie électrique produite pour sa propre consommation, à vendre ladite énergie aux compagnies d'électricité qui la réinjectent, après traitement, dans le réseau de distribution électrique. Cependant, cette solution ne permet pas de résoudre les autres problèmes évoqués précédemment et ne permet pas de résoudre, notamment, le problème d'une habitation isolée qui ne peut être reliée électriquement sur le réseau de distribution électrique ou avec un coût prohibitif. Une solution pourrait consister à utiliser des batteries électriques pour stocker l'énergie électrique provenant des panneaux photovoltaïques de manière à pouvoir la restituer pendant les heures où l'ensoleillement est réduit voire nulle. Toutefois, les batteries classiques ne permettent pas un stockage de l'énergie électrique à une tension élevée, directement utilisable, notamment, par les installations domestiques. En outre, d'une part, ces batteries ont une durée de vie réduite et doivent être changées régulièrement et, d'autre part, le coût de leur recyclage est élevé et la raréfaction des matières premières nécessaires à leur fabrication augmente fortement leur coût. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un dispositif de production d'énergie électrique qui peut être directement utilisé sur le lieu de production, et notamment au sein d'une habitation, plus particulièrement isolée, sans nécessité de repasser par le réseau de distribution électrique. A cet effet, la présente invention, qui a pour objet un dispositif de production et de stockage d'énergie électrique destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation, est du type comprenant un module de panneau solaire photovoltaïque et se caractérise essentiellement en ce ledit module est relié électriquement à un module d'accumulateur hydraulique apte, d'une part, à stocker en continu et sur une durée prolongée de l'énergie hydraulique au fur et à mesure de la production d'énergie électrique par le module de panneau solaire photovoltaïque et, d'autre part, en fonction desdits besoins de consommation d'énergie électrique, à fournir une énergie hydraulique adaptée pour alimenter un module électrogène hydraulique susceptible de délivrer une énergie électrique de substitution à celle du réseau de distribution électrique. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé qui représente un schéma bloc du dispositif selon la présente invention. On peut voir sur la figure que le dispositif de production et de stockage d'énergie électrique, selon la présente invention, destiné plus -3- particulièrement à répondre aux besoins de consommation d'énergie électrique dans une habitation, est du type comprenant un module de panneau solaire photovoltaïque 1 qui peut comprendre plusieurs panneaux solaires photovoltaïques. However, the production of electrical energy from photovoltaic panels is maximum during the day with good sunshine, which does not correspond to the period of maximum consumption, at night, where the production of electrical energy is zero. In addition, the production of electrical energy is irregular due to variations in sunshine and therefore poor quality. Moreover, the instantaneous maximum power obtained with such panels is often lower than the instantaneous consumption of certain household appliances. Finally, the cost of investing solar photovoltaic panels is highly dependent on the instantaneous maximum power to be installed, which makes the electrical energy produced significantly more expensive than that provided by the electricity distribution network. With regard to the problem of the cost of the investment, the current solution consists, rather than using the electric energy produced for its own consumption, to sell the energy to the electricity companies which reinject it, after treatment, into the electrical distribution network. However, this solution does not solve the other problems mentioned above and does not solve, in particular, the problem of an isolated dwelling that can not be electrically connected to the electricity distribution network or at a prohibitive cost. One solution could be to use electric batteries to store the electrical energy from the photovoltaic panels so that it can be restored during the hours when the sun is reduced or even zero. However, conventional batteries do not allow storage of electrical energy at a high voltage, directly usable, in particular, by domestic installations. In addition, on the one hand, these batteries have a reduced life and must be changed regularly and, on the other hand, the cost of recycling is high and the scarcity of raw materials needed for their manufacture greatly increases their cost. The object of the present invention is to overcome these drawbacks by proposing a device for producing electrical energy that can be directly used at the place of production, and in particular within a dwelling, more particularly isolated, without the need to go back through the electrical distribution network. For this purpose, the present invention, which relates to a device for producing and storing electrical energy intended more particularly to meet the needs of electrical energy consumption in a dwelling, is of the type comprising a photovoltaic solar panel module. and is essentially characterized in that said module is electrically connected to a hydraulic accumulator module able, on the one hand, to store continuously and over a prolonged period of the hydraulic energy as and when the production of energy by the photovoltaic solar panel module and, on the other hand, according to said electrical energy consumption requirements, to provide a hydraulic power adapted to supply a hydraulic generator module capable of delivering an electrical energy substitution to that of the network electrical distribution. The invention will be better understood, thanks to the following description, which relates to a preferred embodiment, given by way of non-limiting example, and explained with reference to the attached schematic drawing which shows a block diagram of the device according to the present invention. It can be seen in the figure that the device for producing and storing electrical energy, according to the present invention, intended more particularly to meet the needs of electrical energy consumption in a dwelling, is of the type comprising a module photovoltaic solar panel 1 which may include several photovoltaic solar panels.
De manière caractéristique, le module de panneau solaire photovoltaïque 1 est relié électriquement à un module d'accumulateur hydraulique 2 apte, d'une part, à stocker en continu et sur une durée prolongée de l'énergie hydraulique à partir de l'énergie électrique produite par le module de panneau solaire photovoltaïque 1 et, d'autre part, en fonction desdits besoins de consommation d'énergie électrique, à fournir une énergie hydraulique adaptée pour alimenter un module électrogène hydraulique 3 susceptible de délivrer une énergie électrique de substitution 3' à celle du réseau de distribution électrique. Dans un mode de réalisation selon la présente invention, le module d'accumulateur hydraulique 2 comprend au moins un accumulateur hydraulique 4, au moins un réservoir hydraulique 5 à pression atmosphérique et une unité de groupe motopompe hydraulique 6 fonctionnant grâce à l'énergie électrique produite par le module de panneau solaire photovoltaïque 1. Typically, the photovoltaic solar panel module 1 is electrically connected to a hydraulic accumulator module 2 able, on the one hand, to store continuously and over a prolonged period of hydraulic energy from the electrical energy produced by the photovoltaic solar panel module 1 and, on the other hand, according to said electrical energy consumption requirements, to provide a hydraulic power adapted to supply a hydraulic power unit 3 capable of delivering a substitution electric energy 3 ' to that of the electrical distribution network. In an embodiment according to the present invention, the hydraulic accumulator module 2 comprises at least one hydraulic accumulator 4, at least one hydraulic reservoir 5 at atmospheric pressure and a hydraulic motor pump unit unit 6 operating thanks to the electrical energy produced. by the photovoltaic solar panel module 1.
Conformément à la présente invention, l'unité de groupe motopompe hydraulique 6 est prévue pour prélever le fluide contenu dans ledit réservoir 5 et pour le fournir audit accumulateur 4, ceci en continu au fur et à mesure de ladite production d'énergie électrique. Le fluide est stockée dans l'accumulateur 4 à une pression supérieure à celle où il est contenu dans le réservoir hydraulique 5 et est stockée plus particulièrement dans ledit accumulateur 4 à haute pression de manière à pouvoir alimenter le module électrogène hydraulique 3 en vue de son fonctionnement. L'unité de groupe motopompe hydraulique 6 pourra consister en un groupe motopompe hydraulique haute pression à moteur à courant continu. Le module électrogène hydraulique 3 peut comprendre un moteur hydraulique 7 alimenté en énergie hydraulique par le module d'accumulateur hydraulique 2 et un générateur 8 transformant l'énergie mécanique en énergie électrique. According to the present invention, the hydraulic pump unit unit 6 is provided for withdrawing the fluid contained in said tank 5 and for supplying it to said accumulator 4, this continuously as said production of electrical energy. The fluid is stored in the accumulator 4 at a pressure greater than that in which it is contained in the hydraulic reservoir 5 and is stored more particularly in said accumulator 4 at high pressure so as to be able to supply the hydraulic power unit 3 with a view to its operation. The unit hydraulic pump unit 6 may consist of a high-pressure hydraulic motor pump unit with DC motor. The hydraulic generator module 3 may comprise a hydraulic motor 7 supplied with hydraulic energy by the hydraulic accumulator module 2 and a generator 8 transforming the mechanical energy into electrical energy.
Le moteur hydraulique 7 est avantageusement régulé, notamment en fonction des besoins de consommation d'énergie électrique, de manière à fournir en sortie dudit générateur 8 une énergie électrique de substitution 3' à celle du réseau de distribution électrique et, plus particulièrement, un courant électrique stable en fréquence et en tension, avec une intensité adaptée auxdits besoins. Une telle énergie électrique de substitution 3' correspondra par 5 exemple à un courant alternatif avec une tension stable de 220 Volts et une fréquence de 50 Hertz répondant aux normes européennes. De préférence, le moteur hydraulique 7 sera un moteur hydraulique à cylindré variable asservi en vitesse. L'accumulateur hydraulique 4 pourra être, par exemple, un 10 accumulateur à piston ou à membrane ou encore un réservoir, pressurisé à l'azote, et sera avantageusement d'une capacité élevée et fonctionnant à haute pression. En outre, un tel accumulateur 4 pourra avantageusement être constitué de plusieurs accumulateurs 4 montés fonctionnellement en 15 parallèle. D'autre part, la puissance hydraulique stockée pourra être aisément augmentée par la simple adjonction d'un ou de plusieurs réservoir hydrauliques 5 supplémentaires. Enfin, le fluide est de préférence une substance liquide à la 20 température ordinaire telle que de l'huile mais d'autres fluides incompressibles peuvent également être utilisés. Le dispositif selon la présente invention combine donc trois fonctions liées à la production d'énergie électrique à partir d'un module de panneau solaire photovoltaïque, à savoir : 25 - une transformation d'une énergie électrique provenant du module de panneau solaire photovoltaïque et correspondant à un courant électrique continu basse tension en une énergie électrique de substitution à celle du réseau électrique de distribution correspondant à un courant électrique alternatif moyenne tension, 30 - un stockage énergétique de longue durée avec une durée de vie d'au moins trente ans, et - un lissage de la production photovoltaïque et une augmentation de la puissance crête disponible. Le fonctionnement du dispositif selon la présente invention 35 pourra être le suivant : le module de panneau solaire photovoltaïque 1 produit du courant basse tension continu qui alimente électriquement l'unité de groupe motopompe hydraulique 6, laquelle transfert du fluide du -5- réservoir hydraulique 5 à pression atmosphérique jusqu'à l'accumulateur hydraulique 4, où ledit fluide est stocké à haute pression. Ce transfert est réalisé en continu au fur et à mesure de la production d'énergie solaire, c'est-à-dire en fonction du taux d'ensoleillement, sans tenir compte des besoins énergétiques en aval. Le cas échéant, le module électrogène hydraulique 3 est commandé pour utiliser le fluide stocké dans l'accumulateur 4 pour faire fonctionner le moteur hydraulique 7 dudit module et produire en sortie de ce dernier l'énergie électrique demandée afin de répondre aux besoins énergétiques. The hydraulic motor 7 is advantageously regulated, in particular as a function of the electrical energy consumption requirements, so as to provide at the output of said generator 8 an electrical energy of substitution 3 'to that of the electrical distribution network and, more particularly, a current electrical stable in frequency and voltage, with an intensity adapted to said needs. Such 3 'substitution electric energy will correspond, for example, to an alternating current with a stable voltage of 220 volts and a frequency of 50 hertz meeting European standards. Preferably, the hydraulic motor 7 will be a hydraulic motor with variable displacement speed-controlled. The hydraulic accumulator 4 may be, for example, a piston or diaphragm accumulator or a reservoir, pressurized with nitrogen, and will advantageously be of high capacity and operating at high pressure. In addition, such an accumulator 4 may advantageously consist of several accumulators 4 mounted functionally in parallel. On the other hand, the stored hydraulic power can easily be increased by simply adding one or more additional hydraulic tanks. Finally, the fluid is preferably a liquid substance at ordinary temperature such as oil but other incompressible fluids may also be used. The device according to the present invention thus combines three functions related to the production of electrical energy from a photovoltaic solar panel module, namely: a transformation of electrical energy from the photovoltaic solar panel module and corresponding a low-voltage direct electrical current into an electrical energy alternative to that of the distribution power grid corresponding to a medium-voltage alternating electric current, a long-term energy storage with a lifetime of at least thirty years, and - a smoothing of the photovoltaic production and an increase of the available peak power. The operation of the device according to the present invention may be as follows: the photovoltaic solar panel module 1 produces a continuous low-voltage current which electrically supplies the hydraulic pump unit unit 6, which transfer of the fluid from the hydraulic reservoir 5 at atmospheric pressure to the hydraulic accumulator 4, wherein said fluid is stored at high pressure. This transfer is carried out continuously as solar energy is produced, that is to say according to the rate of sunshine, without taking into account the energy needs downstream. If necessary, the hydraulic generator 3 is controlled to use the fluid stored in the accumulator 4 to operate the hydraulic motor 7 of said module and produce the output of the latter the electrical energy required to meet the energy needs.
Ainsi, le dispositif selon la présente invention offre les avantages suivants par rapport aux dispositifs actuels : - une production électrique qui ne dépend pas de la production solaire instantanée et qui peut être effective la nuit, - la puissance maximale utilisable peut être supérieure à la puissance crête installée au niveau du module de panneau solaire, - la génération de courant est effectuée avec un courant régulé de bonne qualité, - il ne nécessite pas l'utilisation d'un onduleur, - la puissance stockée peut permettre à une habitation 20 individuelle de fonctionner de façon autonome sans avoir besoin d'être raccordée au réseau, - il ne présente pas d'usure mécanique et a une très longue durée de vie, - le retraitement du dispositif en fin de vie est aisé et peu 25 coûteux, - le dispositif peut se décharger à 100% sans incidence sur la durée de vie. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications 30 restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. A ce titre, le dispositif selon la présente invention qui est destiné plus particulièrement à répondre aux besoins de consommation 35 d'énergie électrique dans une habitation, et notamment une habitation isolée qui ne peut être raccordée au réseau ou avec un coût d'investissement élevé, peut également convenir à d'autres lieux de consommation d'énergie -6- électrique que le réseau de distribution ne dessert pas tels que, par exemple, des chantiers ou qui peuvent être amenés à subir des coupures d'alimentation électrique avec des conséquences graves tels que, par exemple, les hôpitaux, les industries ou les centres informatiques. Thus, the device according to the present invention offers the following advantages over current devices: - an electrical production which does not depend on the instantaneous solar production and which can be effective at night, - the maximum usable power can be greater than the power peak installed at the solar panel module, - the current generation is performed with a regulated current of good quality, - it does not require the use of an inverter, - the stored power can allow an individual dwelling 20 of operate autonomously without having to be connected to the network, - it does not show mechanical wear and has a very long service life, - the reprocessing of the device at the end of its life is easy and inexpensive, - the device can be unloaded at 100% without affecting the service life. Of course, the invention is not limited to the embodiment described and shown in the accompanying drawings. Modifications are possible, particularly from the point of view of the constitution of the various elements or by substitution of technical equivalents, without departing from the scope of the invention. As such, the device according to the present invention which is intended more particularly to meet the needs of electrical energy consumption in a dwelling, and in particular an isolated dwelling that can not be connected to the network or with a high investment cost may also be suitable for other places of electrical energy consumption that the distribution network does not serve such as, for example, building sites or which may be subjected to power cuts with consequences such as, for example, hospitals, industries or computer centers.