FR2999029A1

FR2999029A1 - Dispositif et procede de regulation de l'alimentation electrique d'un reseau ayant une source photovoltaique.

Info

Publication number: FR2999029A1
Application number: FR1261569A
Authority: FR
Inventors: Jean Galaud; Pierre Moal; Alexandre Seguinot; Olivier Galaud
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2014-06-06

Abstract

Un dispositif de régulation de l'alimentation électrique d'un réseau électrique ayant une puissance consommée variable, le réseau étant alimenté par au moins une source d'énergie photovoltaïque et un groupe électrogène (5), le groupe électrogène étant couplé au réseau par un synchrocoupleur (4), comprend un capteur de la puissance électrique consommée par le réseau électrique, un capteur (1) de la puissance instantanée générée par la source d'énergie photovoltaïque, un actionneur de mise en fonctionnement du groupe électrogène et un moyen de pilotage du synchrocoupleur. Le dispositif est adapté pour ne mettre en fonctionnement le groupe électrogène que lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique, et, dès lors, le dispositif est adapté pour synchroniser, via le synchrocoupleur, le groupe électrogène en fréquence et tension par rapport à l'énergie fournie par la source photovoltaïque pour fournir la puissance manquante.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE REGULATION DE L'ALIMENTATION ELECTRIQUE D'UN RESEAU AYANT UNE SOURCE PHOTOVOLTAÏQUE. La présente invention concerne un dispositif et un procédé de régulation de l'alimentation électrique d'un réseau électrique ayant une puissance consommée variable, le réseau étant alimenté par au moins une source d'énergie photovoltaïque et un groupe électrogène et le groupe électrogène étant couplé au réseau par un synchrocoupleur. Il est devenu courant dans les systèmes de production en site isolé de recourir à une solution hybride mixant l'énergie photovoltaïque, dénommée ci-après aussi PV, aux énergies fossiles avec ou sans un système de stockage.

Il y a deux grandes écoles sur la typologie technique des systèmes hybrides photovoltaïque/groupe électrogène, dénommé groupe électrogène, présents sur le marché : Il y a d'abord les systèmes hybrides photovoltaïque / groupe électrogène sans batteries ni autre moyen de stockage et de délivrance d'énergie électrique. Il existe une solution sans moyen de stockage et de délivrance d'énergie électrique (notamment batterie) couplant photovoltaïque et groupe électrogène. Cette technique est utilisée pour les systèmes de grande puissance, car il n'y a aucune contrainte de stockage et les produits permettant de réaliser ces systèmes sont les mêmes que ceux utilisés pour des connexions classiques à un réseau. Cependant il faut prendre en compte deux grandes contraintes : - Le rendement du groupe électrogène. Pour fonctionner correctement, un groupe électrogène doit être dimensionné pour fonctionner entre 60 et 90% de sa puissance nominale. En effet dans ces conditions le groupe électrogène consomme en moyenne 0331/kWh. En dessous de cette plage de fonctionnement et au-delà de celle-ci, le groupe électrogène peut avoir une consommation supérieure à 0.7 1/kWh. De plus, en dehors de cette plage, le moteur du groupe électrogène tourne en sous-régime, il subit donc des dégradations précoces, ce qui se répercute sur la durée de vie du groupe, sur le coût de la maintenance, et donc sur le coût de fonctionnement du système (souvent appelé « OpEx »).

Les systèmes hybrides sont donc dimensionnés pour que la puissance photovoltaïque produite soit en moyenne à 20% de la puissance consommée. - La puissance consommée doit toujours être 60% supérieure à la puissance fournie par le système photovoltaïque. Toujours dans l'idée de ne pas détériorer le groupe électrogène et de ne pas augmenter la consommation en 1/kWh, il faut vérifier que lors d'un ensoleillement extrême la consommation est 60% supérieure à la puissance fournie par le système photovoltaïque. De plus, les modules ne doivent jamais produire plus que la consommation, en effet, les groupes électrogènes n'ont pas la capacité de réinjecter le courant, si le système photovoltaïque produit plus que la consommation, le groupe électrogène sera grandement impacté. La solution technique pour les systèmes hybrides photovoltaïque/groupe électrogène « sans batteries » est simple et bon marché : on couple un onduleur réseau à un groupe électrogène. Le groupe électrogène est reconnu par l'onduleur comme un réseau, l'onduleur se synchronise en fréquence et tension au groupe électrogène. Cela a pour inconvénient que si le groupe électrogène ne fonctionne pas, le système photovoltaïque s'arrête car les onduleurs ont besoin d'être synchronisés à une source principale et la part du photovoltaïque est minoritaire par rapport à la production du groupe électrogène. Les économies sur le coût de fonctionnement du système sont donc minimes. Le second type de système concerne les systèmes hybrides avec moyen(s) de stockage et de délivrance d'énergie électrique.

On aura compris que l'expression ci-après « moyen de stockage et de délivrance d'énergie électrique » concerne les batteries, en ce qu'il s'agît d'accumulateurs électriques. Mais d'autres moyens, tels ceux à volant d'inertie ou à l'hydrogène, sont aussi concernés dans tout ce qui suit. En conséquence, l'expression ci-après « batterie(s) » devra être 30 comprise comme un exemple non limitatif de « moyen de stockage et de délivrance d'énergie électrique ». Les batteries présentant toutefois l'avantage d'être facilement disponibles, issues d'une technique maîtrisée, faciles d'emploi/manutention et de maintenance, et d'un coût peu élevé.

Il existe deux sous-types de produits et principes de fonctionnement pour ce type de système : Le photovoltaïque est associé à des batteries et le groupe électrogène fonctionne comme une source de production de secours.

Ce type de système est utilisé pour les grands consommateurs. Le système de production doit avoir la capacité de transiter des puissances élevées. L'énergie électrique fournie par le solaire photovoltaïque est couplé à l'énergie emmagasinée dans le parc batterie pour répondre au besoin.

Lorsque l'énergie fournie par le photovoltaïque est supérieure au besoin, le surplus est stocké dans les batteries. Si l'énergie stockée dans les batteries et l'énergie fournie par le photovoltaïque sont inférieures au besoin, le photovoltaïque fournit directement l'énergie aux batteries pour les recharger, et seulement aux batteries, et le groupe électrogène prend le relais pour répondre au besoin du consommateur : celui-ci ne consomme alors que de l'énergie provenant du groupe électrogène. Le fonctionnement de ce type de système est effectué par un UPS, acronyme de « Uninterruptible Power Supply » ou, en français, onduleur-20 redresseur, de grande puissance. Cet onduleur-inverseur est combiné avec un inverseur de sources. Ce type de système oblige à un parc batteries ayant une grande capacité de stockage. De plus le parc batteries subira un grand nombre de cycle charge/décharge. Le parc batteries est donc le point faible de ce 25 système car il représente un investissement élevé et a une courte durée de vie. Les brevets CN20081234145Y, KR20080001828A, CN201584919U et W02009/141651A2 présentent différents produits permettant de réaliser ce type de fonctionnement. 30 Le second sous-type de système consiste en un micro réseau local dont le groupe électrogène est une source de production de secours. Ce type de système est généralement utilisé pour des petits consommateurs. 2 99902 9 4 Un onduleur-chargeur est couplé à un parc batteries, il est possible de connecter des panneaux photovoltaïques au parc batteries via un contrôleur. Lorsque les batteries sont chargées, l'onduleur injecte l'énergie des batteries sur un bus en courant alternatif (AC) créant ainsi un micro réseau. Des 5 onduleurs réseaux connectés à des panneaux photovoltaïques sont connectés à ce bus AC. L'énergie photovoltaïque est réinjectée sur ce réseau pour répondre au besoin du consommateur. Si l'énergie photovoltaïque est supérieure au besoin du consommateur, le surplus de production est réinjecté aux batteries via l'onduleur-chargeur. Si les batteries sont déchargées, un 10 groupe électrogène prend le relais sur l'onduleur chargeur pour alimenter le bus AC et recharger les batteries. Ces systèmes sont constitués d'onduleurs-chargeurs autonomes, d'onduleur connecté réseau et de commutateur de sources. L'inconvénient majeur est le parc batteries qui nécessite une nouvelle 15 fois une grande capacité de stockage et une courte durée de vie. Un grand nombre de produits ont été développés pour répondre à ce principe mais ceux-ci restent très limités en puissance. Il est possible de citer les produits des sociétés suivantes : - SMA SUNNY Island - Studer et Steca Xtender - Victron Energy Les brevets CN102195295A et CN102097975A présentent ce type de fonctionnement. En conclusion, les solutions hybrides comprenant des sources d'Energies Renouvelables (EN R) et des sources d'énergies fossiles actuelles ne sont pas satisfaisantes. Les solutions sans batteries sont dépendantes du fonctionnement du groupe électrogène, la part énergétique fournit par les ENR (photovoltaïque, ...) est trop infime pour agir concrètement sur le coût de fonctionnement du système, et pour avoir un impact sur l'émission de carbone. Les solutions avec batteries ne cherchent pas à adapter en temps réel la production maitrisable fossile (que l'on peut démarrer et arrêter sans difficulté car elle possède une ressource d'énergie primaire stockée sous forme d'un réservoir de carburant) avec la production variable des ENR (qui dépend d'une énergie primaire non maitrisable). Leurs types de fonctionnement actuels dépendent du cycle de charge des batteries, nécessitant une capacité de stockage importante, de courte durée de vie et très couteuse. De plus la part énergétique couverte par les énergies renouvelables ne permet d'avoir ni un coût de fonctionnement du système satisfaisant ni un bas taux d'émission carbone. Il sera donc avantageux d'obtenir un système qui minimise la consommation d'énergie fossile tout en assurant une longue durée de vie des batteries lorsque celles-ci sont nécessaires. Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, selon un premier objet de l'invention, un dispositif de régulation de l'alimentation électrique d'un réseau électrique ayant une puissance consommée variable, le réseau étant alimenté par au moins une source d'énergie photovoltaïque et un groupe électrogène, le groupe électrogène étant couplé au réseau par un synchrocoupleur, comprend un capteur de la puissance électrique consommée par le réseau électrique, un capteur de la puissance instantanée générée par la source d'énergie photovoltaïque, un actionneur de mise en fonctionnement du groupe électrogène et un moyen de pilotage du synchrocoupleur. De plus, le dispositif est adapté pour ne mettre en fonctionnement le groupe électrogène que lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique, et, dès lors, le dispositif est adapté pour synchroniser, via le synchrocoupleur, le groupe électrogène en fréquence et tension par rapport à l'énergie fournie par la source photovoltaïque pour fournir la puissance manquante. Ainsi, avantageusement, toute la puissance générée par la source photovoltaïque est consommée. Le système permet donc de synchroniser les sources de production photovoltaïque et fossile pour répondre à l'appel du 30 consommateur en temps réel. Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - des batteries (ou donc tout moyen de stockage et de délivrance d'énergie électrique) étant connectées en sortie de la source photovoltaïque, le dispositif comprend en outre des moyens de commande d'un sectionneur se trouvant en série sur la connexion des batteries et des moyens de détermination de la charge des batteries, et le dispositif est adapté pour que les batteries soient connectées pour emmagasiner le surplus d'énergie lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est supérieure à la puissance consommée du réseau électrique ; - ledit réseau étant alimenté par une pluralité de sources photovoltaïques, le dispositif comprend en outre des moyens de commande de sectionneurs positionnés en série sur les sorties de chaque source photovoltaïque et est adapté pour couper, par l'intermédiaire des sectionneurs, la connexion d'une ou plusieurs sources photovoltaïques au réseau lorsque la puissance générée par ces sources est supérieure à la puissance consommée et que les batteries sont chargées ; - le dispositif comprend des capteurs de température et d'irradiation des sources photovoltaïques connectés à des moyens de calcul de la puissance de chaque source photovoltaïque ; - il est adapté pour que, lorsque les batteries sont chargées, les batteries fournissent de l'énergie électrique lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique ; - le groupe électrogène ayant une plage de fonctionnement optimal associée à une plage de puissance générée, le dispositif est adapté en outre pour commander la charge ou la décharge des batteries de sorte que, lorsque le groupe électrogène doit fournir un complément de puissance, la puissance à fournir par le groupe électrogène en complément soit dans la plage de puissance associée au fonctionnement optimal du groupe électrogène ; - le réseau étant alimenté en outre par une une autre source d'énergie renouvelable, le dispositif est adapté pour que le réseau consomme en priorité la puissance produite par la source photovoltaïque, puis celle produite par ladite autre source d'énergie renouvelable, puis, si nécessaire, celle produite par le groupe électrogène ; et/ou - le réseau étant alimenté par une pluralité de groupes électrogènes, ledit dispositif comprend des moyens de connexion en cascade des groupes électrogènes au réseau en fonction de la différence entre la puissance fournie par au moins une source photovoltaïque et la puissance consommée. Ainsi avantageusement, les batteries sont utilisées seulement en complément, pour amortir les surplus ou les creux de différentiels entre la puissance fournie et la puissance consommée, ce qui permet d'optimiser leurs durées de vie, ainsi que la quantité de batteries nécessaire. Autrement dit, le parc batterie a uniquement le rôle d'écrêter le surplus de production et de restituer ce surplus immédiatement. Cela le différentie des autres systèmes où les batteries ont un rôle de stockage.

Un autre avantage dans l'utilisation d'une pluralité de sources photovoltaïques, ou de groupes électrogènes, est de permettre une gestion fine des productions d'énergie permettant un ajustement optimal en fonction des besoins. Cela permet également d'optimiser le fonctionnement du (des) 20 groupe(s) électrogène(s) pour qu'ils fonctionnent dans la tranche de rendement optimal. Parmi les sources d'énergie renouvelable, on inclut l'hydraulique, l'éolien, l'hydrolien... A ce sujet, on notera encore l'intérêt de pouvoir compléter l'apport 25 photovoltaïque par ladite « autre source d'énergie renouvelable ». Dans ce cadre, pour favoriser encore davantage la gestion fine recherchée des sources disponibles de production d'énergie électrique, on recommande que cette « autre source d'énergie renouvelable » soit choisie : - d'abord parmi les énergies renouvelables à énergie primaire non 30 stockable, telle celle issue d'une éolienne, hydrolienne, générateur à énergie marémotrice, hydroélectricité avec bassin de rétention, - et accessoirement (subsidiairement) parmi les énergies renouvelables à énergie primaire stockable, telle celle issue d'une biomasse ou de l'hydroélectricité au fil de l'eau, le dispositif étant adapté pour que le réseau consomme l'énergie électrique produite en priorité par la source à énergie primaire non stockable, puis éventuellement celle à énergie primaire stockable. Selon un second objet de l'invention, un procédé de régulation de l'alimentation électrique d'un réseau électrique ayant une puissance consommée variable, ledit réseau étant alimenté par au moins une source d'énergie photovoltaïque et un groupe électrogène, le groupe électrogène étant couplé au réseau par un synchrocoupleur, comprend : - détection simultanée de la puissance électrique consommée par le réseau électrique et de la puissance instantanée générée par la source d'énergie photovoltaïque ; - calcul de la différence entre la puissance électrique consommée et la puissance générée ; et - si la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique, - mise en fonctionnement du groupe électrogène et - pilotage du synchrocoupleur pour synchroniser le groupe électrogène en fréquence et tension par rapport à l'énergie fournie par la source photovoltaïque.

Selon un mode particulier de réalisation de ce procédé, des batteries étant connectées en sortie de la source photovoltaïque par l'intermédiaire d'un sectionneur, et le réseau étant alimenté par une pluralité de sources d'énergie photovoltaïque connectées en parallèle, le procédé comprend en outre : - détection de l'état de charge des batteries ; et, en parallèle, - détection de la puissance générée par chaque source photovoltaïque ; puis - si la puissance générée est supérieure à la puissance électrique consommée et - si les batteries sont vides, alors connexion des batteries à la source d'énergie photovoltaïque pour charger les batteries ; et - si les batteries sont pleines, déconnexion d'au moins une source d'énergie photovoltaïque.

Selon un troisième objet de l'invention, un produit programme d'ordinateur comprend des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé ci-dessus lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.

Un quatrième objet de l'invention est un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : - les figures 1 à 7 sont des vues schématiques d'un système selon un mode de réalisation de l'invention, chaque figure correspondant à un état différent de ce système ; et - la figure 8 représente un ordinogramme de la logique de commande du système des figures précédentes.

En référence à la figure 1, un système est constitué de : - des boites de jonction photovoltaïque 1 ; - un organe de couplage photovoltaïque/batteries 2; - un organe de transformation courant continu (DC) / courant alternatif (AC) 3 qui forme la source production dite principale ; - un organe de couplage et de synchronisation 4 des sources secondaires AC à la source principale ; - des démarreurs 5 de sources secondaires ; et - un contrôleur, par exemple un automate programmable, communiquant et contrôlant les différents éléments du système (non représenté). Le système est connecté à: - un champ de capteurs photovoltaïques ; - un parc de batteries ; - des groupes électrogènes dont le nombre est potentiellement illimité. Ils forment des sources secondaires AC. - un bus DC ; - un bus AC ; et - un consommateur représentant une charge pour l'énergie produite et associé à une puissance consommée variable. Le ou chaque groupe électrogène pourra être à source diesel, gaz et/ou biomasse (générateur biomasse).

La biomasse est classée ici car elle offre une énergie primaire stockable permettant de maitriser le démarrage et l'arrêt de la production de façon maitrisé, comme le permet un groupe électrogène à énergie primaire fossile. On note qu'il est possible de connecter plusieurs sources secondaires en complément des groupes électrogènes : éolienne et centrale hydraulique, notamment, parmi les sources d'énergie renouvelable autres que le photovoltaïque. Fonctionnement du système. Le contrôleur, composé d'un microprocesseur, agit sur l'ensemble des composants du système. Il récupère des données via des capteurs de tensions, d'intensité, d'ensoleillement et de température. En fonction des données reçues et de son algorithme interne, il donne des ordres de commande sur différents contacteurs présents au sein de chaque composant du système.

Les capteurs fournissent les données d'entrée du contrôleur. Au sein des boites de jonction 1, il y a deux capteurs : un d'ensoleillement (Cens) et un de température(C0). Ces capteurs renvoient les informations sur l'irradiation et la température en temps réel au microprocesseur. Avec ces deux données, le microcontrôleur peut calculer l'énergie créée par chaque chaine de modules. Au sein de l'organe de couplage photovoltaïque Batteries 2, il y a deux groupes de capteurs : - un capteur de tension et d'intensité (CPV) sur le bus DC principal en amont du départ batteries ; et - un capteur de tension et d'intensité (Cbatt) sur le départ batteries. Le capteur (CPV) permet de renseigner le microprocesseur sur la puissance réelle en sortie du champ photovoltaïque. Le capteur (Cbatt) permet de renseigner le microprocesseur sur la tension et l'intensité des batteries. Le microprocesseur calcule, avec les informations sur la tension, le niveau de charge des batteries. En fonction des informations sur l'intensité, il surveille le courant de charge et de décharge et calcule les temps de charge et de décharge. Au sein de l'organe de couplage 4, il y a un nombre de capteurs potentiellement illimité dont un capteur de source principale (CP) et des capteurs pour chaque source secondaire (CSS). Le capteur (CP) renseigne le microprocesseur sur la tension, l'intensité et la fréquence de sortie du transformateur AC/DC 3. Ces données sont les informations de référence pour la synchronisation des différentes sources de production secondaires. Les capteurs (CSS) renseignent sur la tension, l'intensité et la fréquence des sources secondaires. Ces capteurs permettent de vérifier la bonne synchronisation des sources secondaires à la source principale. Les contacts commandes sont les résultantes du contrôleur Au sein des boites de jonction 1 : Il y a un contacteur Kx par module ou groupe de modules photovoltaïques. Le système est composé d'un nombre potentiellement illimité de boites de jonction en parallèle. Ce nombre dépend du besoin du 20 consommateur qui détermine le nombre de capteurs photovoltaïques nécessaires pour répondre à ce besoin. Lors des pics de consommation, si les capteurs photovoltaïques délivrent une puissance supérieure à la puissance appelée par le consommateur et que les batteries sont totalement chargées, le 25 microprocesseur calcule le nombre de boites de jonction qu'il est nécessaire de déconnecter pour que la puissance photovoltaïque soit inférieure à l'appel du consommateur. Le contrôleur donne alors l'ordre au nombre calculé de Kx de s'ouvrir pour déconnecter le nombre de capteurs photovoltaïques nécessaire. 30 Au sein de l'organe de couplage photovoltaïque Batteries 2, il y a un sectionneur Q4 Le microprocesseur calcule l'état de charge des batteries. En fonction de cet état de charge et de la production photovoltaïque par rapport au besoin du consommateur, le contrôleur donne l'ordre à Q4 de s'ouvrir ou de se fermer. Cela permet aux batteries d'écrêter le surplus de production photovoltaïque et de compléter la production photovoltaïque. Au sein de l'organe de transformation AC/DC 3, il y a un nombre de disjoncteur K1x potentiellement illimité, dépendant du nombre de sources secondaires nécessaires à la maintenance. L'organe de transformation admet un circuit pour la maintenance des batteries. Ce circuit permet d'assurer une fois par an l'égalisation de l'électrolyse des batteries. Le microprocesseur est paramétré pour fermer les contacteurs K1x une fois par an pour que les sources secondaires assurent cette maintenance. Au sein de l'organe de couplage 4, il y a un nombre de disjoncteurs K21 et K2x potentiellement illimité. Le disjoncteur k21 est lié à l'organe de transformation AC/DC. Le microprocesseur est paramétré pour l'ouvrir lors de l'égalisation de l'électrolyse des batteries et la nuit. Cela permet d'assurer la déconnection de la charge sur la source de production principale lors de ces phases de fonctionnement. Les disjoncteurs K2x sont situés entre chaque organe de production secondaire et le bus AC.

Lorsque le photovoltaïque délivre une puissance insuffisante pour répondre au besoin et que les batteries ne sont pas assez chargées pour compléter la production photovoltaïque, le microprocesseur donne l'ordre de démarrer une ou plusieurs sources de production secondaires (dépendant du delta entre la production photovoltaïque et l'appel du consommateur).

Le microprocesseur donne la consigne en tension et fréquence afin de synchroniser les sources de productions secondaires à la source principale. Une fois la, ou les, source(s) secondaire(s) synchronisée(s) à la source principale, le microprocesseur donne l'ordre aux K2x de se fermer. Lorsque les batteries sont chargées ou que la puissance photovoltaïque devient supérieure au besoin, le microprocesseur donne l'ordre au K2x de s'ouvrir, puis donne la consigne aux sources secondaires de s'arrêter. Le contrôleur a pour rôle de piloter le système. Il possède un microprocesseur dont l'algorithme programmable permet de gérer les priorités énergétiques suivant la logique du « suivi de charge » (en anglais, « load following »). Les différents capteurs présentés ci-dessus permettent de renseigner le contrôleur sur l'état du système en temps réel. En fonction de ces données et des calculs programmés dans le microprocesseur, le contrôleur agit sur les contacts commandes présentés ci-dessus pour répondre à l'appel de puissance en temps réel. Ce mode de fonctionnement, avec une optimisation du dimensionnement du champ photovoltaïque permet de réduire considérablement l'utilisation des groupes électrogènes tout en limitant la capacité et la nécessité de stockage. Cet équilibre énergétique et ce contrôle des priorités garantissent une optimisation de la production électrique. La logique de fonctionnement expliqué ci-dessous prend l'exemple d'un système équipé de deux génératrices fossiles (Gaz ou Diesel). Afin d'imager le fonctionnement, les figures 1 à 7 présentent le cheminement de l'énergie selon le pilotage du contrôleur et la figure 8 présente le logigramme fonctionnel du contrôleur. Le contrôleur gère les priorités énergétiques de façon à respecter une logique technico-économique. - Le photovoltaïque produit une énergie aléatoire dépendant d'une énergie primaire non maitrisable. Le photovoltaïque nécessite des investissements importants mais à un coût de fonctionnement réduit par rapport aux systèmes d'énergies fossiles - Les batteries, dans une logique de stockage, doivent avoir une grande capacité de stockage. Le kWh stocké dans les batteries est très cher. En effet l'investissement du parc batteries est élevé, et il doit être renouvelé souvent. Pour limiter ce coût, les batteries ne seront pas utilisées pour stocker, mais elles ont un rôle de tampons pour écrêter le surplus de production photovoltaïque, ou brider l'énergie produite par le photovoltaïque pour permettre le fonctionnement des génératrices fossiles à un rendement tolérable et donc limiter la consommation de carburant. De la sorte la capacité des batteries nécessaire est réduite, et le nombre de cycle charge/décharge est réduit, augmentant ainsi la durée de vie des batteries. - Les génératrices fossiles produisent une énergie totalement maitrisable, car elles possèdent une réserve d'énergie primaire. Elles sont souvent peu couteuses à l'achat mais ont des coûts de fonctionnement élevés (consommation d'énergie fossile).

Suivant ces principes énergétique et économique, le contrôleur va piloter le système pour que : - L'énergie photovoltaïque soit consommée directement par le consommateur comme une source prioritaire ; - Les batteries écrêtent le surplus de production et le restituent immédiatement lorsque la production photovoltaïque est insuffisante pour répondre au besoin. De la sorte, les batteries libèrent la capacité pour écrêter un nouveau surplus. - Les batteries permettent de brider l'énergie photovoltaïque en écrêtant une partie de la production photovoltaïque permettant ainsi aux génératrices fossiles de démarrer à 60% de leurs capacités nominales. - Les génératrices fossiles sont démarrées et éteintes en cascade suivant le delta entre le besoin et la consommation. Pour gérer ces priorités, le contrôleur va se poser les questions suivantes en suivant le logigramme fonctionnel présenté en Figure 8. Lorsqu'il y a un appel de courant, le pilote démarre la série de question, ouvre le disjoncteur général et connecte le photovoltaïque. Q1 : La puissance délivrée par le photovoltaïques est-elle supérieure au besoin ? Q2: Les batteries ont-elles un état de charge inférieur à 100%? Q3: Les batteries ont-elles un niveau de charge supérieur à 40%? Q4: Les génératrices fossiles sont-elles démarrées ? Q5: Les batteries ont-elles un niveau de charge supérieur à 80%? Q6 : Le delta entre la production photovoltaïque et le besoin est-il compris entre 1 et 30% de la puissance nominale totale des génératrices fossiles (1% < B-PV < 30%) ? Q7: La génératrice fossile 1 est-elle démarrée ? Q8: La génératrice fossile 2 est-elle démarrée ? Q9 : Le delta entre la production photovoltaïque et le besoin est-il compris entre 30 et 45% de la puissance nominale totale des génératrices fossiles ? Q10 : Le delta entre la production photovoltaïque et le besoin est-il compris entre 45 et 60% de la puissance nominale totale des génératrices fossiles ? Q11 : Le delta entre la production photovoltaïque et le besoin est-il compris entre 60 et 90% de la puissance nominale totale des génératrices fossiles ? On note que les quatre questions Q6, Q9, Q10 et Q11 sont liées au fait que l'exemple est un système composé de deux génératrices fossiles. Le nombre de questions évolue proportionnellement au nombre de génératrices suivant le ratio suivant : Si X = Nb de générateurs (nombre entier) Si X>2, alors nb questions = (X) x 2 Par ailleurs, les plages de fonctionnement évoluent proportionnellement : Si X = Nb de générateurs (nombre entier) Si X>2, alors plage de fonctionnement = 60% / X Les quatre questions Q7, Q8 sont liées au fait que l'exemple est celui d'un système composé de deux génératrices fossiles. Le nombre de question évolue proportionnellement au nombre de génératrices. Les différents capteurs et l'algorithme permettent au contrôleur de répondre aux questions listées ci-dessus par oui ou non.

En fonction de la réponse, et suivant la logique de contrôle présentée dans le logigramme de la figure 8, le contrôleur donne les ordres permettant de réaliser les actions ci-dessous : On note que certaines actions pilotées par le contrôleur ne peuvent pas être représentées par des flux énergétiques sur les schémas électriques des figures 1 à 7. Il s'agit de : Ai: Eteindre les génératrices A2 : Allumer la génératrice 1 A3: Eteindre la génératrice 2 A4 : les batteries écrêtent une partie de l'énergie fournie par les capteurs photovoltaïques afin que le delta entre la puissance photovoltaïque restante et la demande du consommateur soient supérieur à 30% (soit : B(PV-bat)>30°A) A5 : Allumer les génératrices 1 et 2 A6 : les batteries écrêtent une partie de l'énergie fournie par les capteurs photovoltaïques afin que le delta entre la puissance photovoltaïque restante et la demande du consommateur soit supérieur à 60% (soit : B-(PVbat)>60°A) Les actions pilotées par le contrôleur qui peuvent être représentées sur les schémas électriques des figures 1 à 7 sont les suivantes : Figure 1 : la puissance fournie par les capteurs photovoltaïques répond au besoin du consommateur, le surplus est stocké dans les batteries. On note que, par convention, les circuits fermés sont représentés par des lignes épaisses. Figure 2 : Plusieurs chaines photovoltaïques sont déconnectées du système afin que l'énergie produite par les modules photovoltaïques soit inférieur à l'appel de puissance du consommateur. Pour répondre au besoin, la puissance délivrée par les chaines 20 photovoltaïques toujours connectés est complétée par la puissance stockée dans les batteries. Figure 3 : Pour répondre au besoin, la puissance délivrée par l'ensemble des chaines photovoltaïques est complétée par la puissance stockée dans les batteries. 25 Figure 4 : Le photovoltaïque injecte dans l'organe de transformation AC/DC une partie de la puissance qu'il délivre. L'organe de transformation AC/DC est synchronisé et couplé avec la génératrice 1 afin de répondre au besoin du consommateur. Une partie de l'énergie photovoltaïque est stocké dans les batteries 30 afin que la génératrice 1 puisse fonctionner à son rendement optimal. Figure 5 : Le photovoltaïque injecte dans l'organe de transformation AC/DC l'intégralité de la puissance qu'il délivre. L'organe de transformation AC/DC est synchronisé et couplé avec la génératrice 1 afin de répondre au besoin du consommateur.

Figure 6 : Le photovoltaïque injecte dans l'organe de transformation AC/DC une partie de la puissance qu'il délivre. L'organe de transformation AC/DC est synchronisé et couplé avec les génératrices 1 et 2 afin de répondre au besoin du consommateur.

Une partie de l'énergie photovoltaïque est stockée dans les batteries afin que la génératrice 1 puisse fonctionner à son rendement optimal. Figure 7 : Le photovoltaïque injecte dans l'organe de transformation AC/DC l'intégralité de la puissance qu'il délivre. L'organe de transformation AC/DC est synchronisé et couplé avec les 10 génératrices 1 et 2 afin de répondre au besoin du consommateur. L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention a cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

15 Par exemple, Ce fonctionnement peut être étendu à un nombre de génératrices fossiles théoriquement illimité. Le fonctionnement reste identique pour le fonctionnement avec une génératrice biomasse. Comme indiqué précédemment, le système peut fonctionner avec une 20 autre source d'énergie renouvelable, centrale hydraulique ou des éoliennes en particulier. Cependant, la gestion des priorités du pilote peut être modifiée pour tenir compte des caractéristiques de ces sources. Par exemple, l'éolienne peut être considérée comme une source ayant une priorité intermédiaire entre la source photovoltaïque et le groupe électrogène.

25 En pratique, on conseille alors de sélectionner cette « autre source d'énergie renouvelable » sur le critère de l'énergie primaire stockable ou non. Ainsi, on choisira alors en priorité cette autre source parmi les énergies renouvelables à énergie primaire non stockable. Sont donc concernées notamment les éoliennes, les hydroliennes, et les générateurs à 30 énergie marémotrice. Subsidiairement, on choisira les énergies renouvelables à énergie primaire stockable, telles donc les énergies issues de la biomasse. Dans un cas comme dans l'autre, le dispositif de régulation de l'alimentation électrique du réseau retenu sera adapté pour que ce réseau consomme en priorité la puissance produite par la source d'énergie renouvelable à énergie primaire non stockable, puis, si elle a été produite et stockée, celle produite par la source à énergie primaire stockable. Dans les revendications, le mot « comprenant » n'exclut pas d'autres éléments et l'article indéfini « un/une » n'exclut pas une pluralité.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de régulation de l'alimentation électrique d'un réseau électrique ayant une puissance consommée variable, ledit réseau étant alimenté par au moins une source d'énergie photovoltaïque et un groupe électrogène (5), le groupe électrogène étant couplé au réseau par un synchrocoupleur (4), ledit dispositif comprenant un capteur de la puissance électrique consommée par le réseau électrique, un capteur (1) de la puissance instantanée générée par la source d'énergie photovoltaïque, un actionneur de mise en fonctionnement du groupe électrogène et un moyen de pilotage du synchrocoupleur, caractérisé en ce que le dispositif est adapté pour ne mettre en fonctionnement le groupe électrogène que lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique, et, dès lors, le dispositif est adapté pour synchroniser, via le synchrocoupleur, le groupe électrogène en fréquence et tension par rapport à l'énergie fournie par la source photovoltaïque pour fournir la puissance manquante.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique étant connectés en sortie de la source photovoltaïque, le dispositif comprend en outre des moyens de commande d'un sectionneur se trouvant en série sur la connexion des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique et des moyens de détermination de la charge desdits moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique, et le dispositif est adapté pour que les moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique soient connectés pour emmagasiner le surplus d'énergie lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est supérieure à la puissance consommée du réseau électrique.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ledit réseau étant alimenté par une pluralité de sources photovoltaïques, le dispositif comprend en outre des moyens de commande de sectionneurs positionnés en série sur les sorties de chaque source photovoltaïque et estadapté pour couper, par l'intermédiaire des sectionneurs, la connexion d'une ou plusieurs sources photovoltaïques au réseau lorsque la puissance générée par ces sources est supérieure à la puissance consommée et que les moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique sont chargés.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif comprend des capteurs de température et d'irradiation des sources photovoltaïques connectés à des moyens de calcul de la puissance de chaque source photovoltaïque.
5. Dispositif selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est adapté pour que, lorsque les des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique sont chargés, lesdits moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique fournissent de l'énergie électrique lorsque la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique.
6. Dispositif selon la revendication 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que, le groupe électrogène ayant une plage de fonctionnement optimal associée à une plage de puissance générée, le dispositif est adapté en outre pour commander la charge ou la décharge des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique de sorte que, lorsque le groupe électrogène doit fournir un complément de puissance, la puissance à fournir par le groupe électrogène en complément soit dans la plage de puissance associée au fonctionnement optimal du groupe électrogène.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le réseau étant alimenté en outre par une autre source d'énergie renouvelable, le dispositif est adapté pour que le réseau consomme en priorité la puissance produite par la source photovoltaïque, puis celle produite par ladite autre source d'énergie renouvelable, puis, si nécessaire, celle produite par le groupe électrogène.
8. Dispositif selon la revendication 7, où ladite autre source d'énergie renouvelable est comprise d'abord parmi les énergies renouvelables à énergie primaire non stockable, telle l'énergie électrique issue d'une éolienne ou d'un générateur à énergie marémotrice, et accessoirement parmi les énergies renouvelables à énergie primaire stockable, telle l'énergie électrique issue d'une biomasse, le dispositif étant adapté pour que le réseau consomme l'énergie électrique produite en priorité par la source à énergie primaire non stockable, puis éventuellement celle à énergie primaire stockable.
9.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, le réseau étant alimenté par une pluralité de groupes électrogènes, ledit dispositif comprend des moyens de connexion en cascade des groupes électrogènes au réseau en fonction de la différence entre la puissance fournie par la au moins une source photovoltaïque et la puissance consommée.
10. Procédé de régulation de l'alimentation électrique d'un réseau électrique ayant une puissance consommée variable, ledit réseau étant alimenté par au moins une source d'énergie photovoltaïque, et un groupe électrogène, le groupe électrogène étant couplé au réseau par un synchrocoupleur, ledit procédé comprenant : - détection simultanée de la puissance électrique consommée par le réseau électrique et de la puissance instantanée générée par la source d'énergie photovoltaïque ; - calcul de la différence entre la puissance électrique consommée et la puissance générée ; et - si la puissance générée par la source photovoltaïque est inférieure à la puissance consommée du réseau électrique, - mise en fonctionnement du groupe électrogène et - pilotage du synchrocoupleur pour synchroniser le groupe électrogène en fréquence et tension par rapport à l'énergie fournie par la source photovoltaïque.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique étant connectés en sortie de la source photovoltaïque par l'intermédiaire d'un sectionneur, et le réseau étant alimenté par une pluralité de sources d'énergie photovoltaïque connectées en parallèle, le procédé comprend en outre : - détection de l'état de charge des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique; et, en parallèle, - détection de la puissance générée par chaque source photovoltaïque ; puis - si la puissance générée est supérieure à la puissance électrique consommée et - si les moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique sont vides, alors connexion des moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique à la source d'énergie photovoltaïque pour charger lesdits moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique; et - si lesdits moyens de stockage et de délivrance d'énergie électrique sont pleines, déconnexion d'au moins une source d'énergie photovoltaïque.
12. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 10 ou 11 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
13. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon la revendication 12.