FR3004790A1 - Installation de chauffage domestique amelioree - Google Patents

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Abstract

Cette installation (1), couplée à un réseau électrique externe (15), comporte : un moyen de répartition (4, 5) ; - un moyen de génération d'énergie électrique renouvelable (7, 9, 11, 13) connecté en entrée du moyen de répartition, et propre à lui fournir une puissance électrique ; - un réseau électrique domestique (3) connecté à une sortie du moyen de répartition, propre à recevoir une puissance électrique du moyen de répartition ; - un module de raccordement (17) au réseau électrique externe (15), connecté à une entrée et à une sortie du moyen de répartition pour fournir ou recevoir une puissance électrique au moyen de répartition ; et, le moyen de répartition étant propre à déterminer un point de fonctionnement de l'installation en fonction de variables de fonctionnement, et à transférer, en conséquence, une puissance électrique d'une entrée déterminée vers une sortie déterminée du moyen de répartition.

Description

Installation de chauffage domestique améliorée La présente invention concerne une installation de chauffage domestique. Pour chauffer une habitation, il est courant d'utiliser une chaudière conçue pour brûler un combustible fossile (mazout, gaz, etc.) afin de porter à une température requise un volume d'eau, qui est ensuite mis en circulation par une pompe à travers un circuit de chauffage et de distribution d'eau chaude équipant l'habitation. A cause de l'augmentation du prix des combustibles fossiles utilisés pour le chauffage et la production d'eau chaude d'une habitation, et de l'impact négatif de la consommation de tels combustibles fossiles sur l'environnement, il est connu d'équiper une installation de chauffage domestique de moyens de production d'énergie électrique respectant l'environnement. De telles sources additionnelles d'énergie électrique permettent de réduire la consommation de l'installation en combustible fossile. L'équipement des installations de chauffage domestique avec de telles sources additionnelles d'énergie électrique a été favorisé par le rachat du surplus d'énergie électrique généré par l'installation par le fournisseur d'énergie électrique de l'habitation. Ainsi, les installations de chauffage domestique ont tendance à devenir de plus en plus complexes. Leur point de fonctionnement est régi par un grand nombre de variables de nature diverse. Or, le choix adapté du point de fonctionnement influe sur le coût d'exploitation globale de l'installation et sa rentabilité.
Il existe donc un besoin pour optimiser, à chaque instant, le fonctionnement d'une installation domestique pour en tirer le meilleur parti. La présente invention a donc pour but de répondre à ce besoin. Pour cela l'invention a pour objet une installation de chauffage domestique, destinée à être couplée à un réseau d'alimentation électrique externe, caractérisée en ce qu'elle comporte : un moyen de répartition comportant des première et seconde entrées et des première et seconde sorties ; un moyen de génération d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable connecté électriquement à la première entrée du moyen de répartition, et propre à fournir une puissance électrique au moyen de répartition, un réseau électrique domestique connecté électriquement à la première sortie du moyen de répartition, une pluralité de dispositifs électriques connectés au réseau électrique domestique étant propre à consommer une puissance électrique depuis le moyen de répartition, ladite pluralité de dispositifs électriques comportant une pompe à chaleur ; un module de raccordement au réseau d'alimentation électrique externe, connecté électriquement à la seconde entrée et à la seconde sortie du moyen de répartition pour fournir au moyen de répartition ou recevoir du moyen de répartition une puissance électrique ; et, ledit moyen de répartition étant propre à déterminer automatiquement un point de fonctionnement instantané de ladite installation en fonction d'une pluralité de variables de fonctionnement, et à transférer, en fonction du point de fonctionnement déterminé, une fraction déterminée d'une puissance électrique sur une entrée déterminée dudit moyen de répartition, vers une sortie déterminée dudit moyen de répartition.
Suivant les modes particuliers de réalisation, l'installation comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : ledit moyen de répartition comporte un répartiteur commandé et une unité de calcul programmée pour piloter ledit répartiteur ; l'unité de calcul comporte un module d'acquisition d'une pluralité de variables de fonctionnement, à partir desquelles l'unité de calcul détermine le point de fonctionnement de l'installation ; - l'unité de calcul est propre à se connecter à un serveur distant par l'intermédiaire d'un point d'accès à un réseau de communication du type Internet, de manière à collecter une pluralité de variables de fonctionnement ; - le module de raccordement est propre à transmettre à l'unité de calcul des variables de fonctionnement comportant un prix de vente et un prix de rachat d'une puissance électrique par un fournisseur du réseau électrique externe ; l'unité de calcul comporte un module de calcul permettant d'optimiser une fonction de coût à partir de la pluralité de variables de fonctionnement acquises pour obtenir un point de fonctionnement, et un module de génération de signaux de commande à destination du répartiteur ; la fonction de coût utilisée par le module de calcul est obtenue en sortie d'un module de sélection propre à effectuer la sélection d'une fonction parmi un ensemble de fonctions de coût, à partir d'une pluralité de variables d'exploitation de l'installation ; au moins un dispositif connecté au réseau électrique domestique étant équipé d'un interrupteur commandé, l'unité de calcul est propre à transmettre un signal de commande propre à modifier un état dudit interrupteur commandé ; le moyen de génération d'énergie électrique comporte une éolienne et/ou au moins un panneau photovoltaïque, ledit panneau étant de préférence du type CIGS (Cuivre-Indium-Gallium-Selenium) ; - la pompe à chaleur est du type air/eau ou du type air/air et éventuellement une chaudière, la pompe à chaleur fonctionnant alors en « relève de chaudière ». D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui va suivre, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, et faite en se référant à l'unique figure qui est une représentation schématique d'une installation de chauffage domestique. Sur la figure, l'installation de chauffage domestique est référencée de manière générale par le chiffre 1. Elle est destinée à équiper une habitation 2 afin de répondre aux besoins de chauffage et de production d'eau chaude de ses habitants. Typiquement, les besoins thermiques moyens d'un particulier (un ménage) ayant une habitation de 100 m2 varient, en France, entre 10 000 et 30 000 kWh par an. Elle est également destinée à équiper l'habitation 2 afin de répondre à tout ou partie des besoins électriques de ses habitants.
L'installation 1 comporte des moyens de chauffage. Ces moyens de chauffage comportent une pompe à chaleur 25 connectée à un réseau électrique domestique 3. La pompe à chaleur 25 est propre à consommer une puissance électrique sur le réseau domestique 3 pour chauffer un volume d'eau qui sera ensuite mis en circulation dans un circuit 27. La pompe à chaleur 25 est du type air/eau.
En variante, elle est du type air/air. Les pompes à chaleur présentent un coefficient de performance élevé, de l'ordre de 4. Ce coefficient indique que pour 1 kW de puissance électrique consommée, la pompe 25 produit 4 kW de chaleur. Dans le mode de réalisation particulier de la figure, l'installation comporte une chaudière 29 classique, propre à brûler un combustible fossile, afin de chauffer un volume d'eau qui sera ensuite mis en circulation dans le circuit 27. Ainsi, la pompe à chaleur 25 fonctionne en « relève de chaudière ». Dans ce mode de fonctionnement, la pompe 25 fonctionne en priorité tant que son coefficient de performance est acceptable, c'est-à-dire tant que la température extérieure (constituant la source froide) n'est pas inférieure à une température seuil. En dessous de cette température seuil, la chaudière 29 est utilisée pour le chauffage. En variante, l'installation 1 ne comporte par de chaudière et la pompe à chaleur fournit l'ensemble de l'eau chaude du circuit 27, quelles que soient les conditions de température extérieures à l'habitation 2. Le circuit 27 comporte un ballon 31 constituant un réservoir d'eau chaude, un radiateur 33, etc.
L'installation 1 comporte des moyens électriques.
Les moyens électriques comportent un réseau électrique domestique 3, un répartiteur 4 commandé, une unité centrale 5 de pilotage du répartiteur 4, des moyens de génération d'énergie électrique à partir d'une énergie dite renouvelable et un moyen de raccordement 17 au réseau électrique d'un fournisseur.
Le répartiteur 4 comporte plusieurs connexions d'entrée et plusieurs connexions de sortie. En fonction des signaux de commande qu'il reçoit de l'unité de calcul 5, le répartiteur 4 est propre à transférer une fraction déterminée d'une énergie électrique appliquée sur une connexion d'entrée donnée, sur une connexion de sortie également donnée.
Le répartiteur 4 comporte, associé à chaque connexion d'entrée ou de sortie, un moyen de mesure propre à déterminer la puissance électrique instantanée appliquée sur ladite connexion. Ces mesures sont transmises à l'unité de calcul 5 en tant que variables de fonctionnement. Le réseau électrique domestique 3 est propre à alimenter en puissance électrique différents équipements électriques de l'habitation 2, tels qu'une machine à laver 15, un téléviseur 17, la pompe à chaleur 25, etc. Chaque équipement électrique est connecté au réseau 3 via une prise électrique commandée 30. Une prise 30 comporte un moyen d'émission/réception pour la réception de signaux de commande émis par l'unité de calcul 5. En fonction du signal de commande reçu, la prise 30 est propre à passer d'un état ouvert à un état fermé, ou inversement. En variante, une prise électrique commandée est également propre à émettre vers l'unité de calcul 5, des signaux comportant des variables de fonctionnement relatives à l'équipement électrique connecté à cette prise. Dans encore une autre variante, la prise électrique commandée est intégrée à l'équipement.
Le réseau 3 est connecté à un connecteur de sortie du répartiteur 4. Les moyens électriques comportent plusieurs moyens de génération d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable, respectivement connectés à un connecteur d'entrée du répartiteur 4. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, l'installation 1 comporte une éolienne 7, située sur le toit de l'habitation 2. Le générateur de puissance électrique 9 de l'éolienne 7 est connecté électriquement au répartiteur 4. L'éolienne 7 est ainsi apte à fournir à l'installation 1 une puissance électrique totale, entre 3 000 et 5 000 kWh par an. L'installation 1 comporte également, en tant que moyen de génération d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable, une pluralité de panneaux photovoltaïques 11 disposés par exemple sur le toit de l'habitation 2. Chaque panneau 11 est de préférence du type CIGS (Cuivre-Indium-Gallium-Selenium), car ce type de panneau présente un bon rendement, de l'ordre de 1 000 kWh par an, pour 1 kWc (kilo Watt crète). Les différents panneaux photovoltaïques 11 sont connectés électriquement en entrée du répartiteur 4 via un onduleur 13. Ils sont propres à fournir à l'installation 1 une puissance électrique totale entre 3 000 et 4 500 kWh par an. L'installation 1 est couplée à un réseau d'alimentation électrique externe 15 géré par un fournisseur d'énergie électrique. Pour ce faire, le réseau d'alimentation électrique externe 15 est raccordé électriquement au répartiteur 4 de l'installation 1 via le module de raccordement 17.
Le module de raccordement 17 comporte, entre autre, un compteur de vente 21, conçu pour mesurer une première puissance électrique fournie par l'installation 1. Le module de raccordement 17 comporte également un compteur d'achat 23 conçu pour mesurer une seconde puissance électrique fournie par réseau 15 à l'installation 1. Le module de raccordement 17 est connecté à la fois en entrée et en sortie du répartiteur 4. Le module de raccordement 17 est propre à transmettre à l'unité de calcul 5 des variables de fonctionnement, telles que le prix de vente et le prix d'achat courants de l'énergie électrique par le fournisseur gérant le réseau 15. Ces variables sont mises à jour périodiquement par le fournisseur via le réseau 15.
L'habitation 2 est également équipée d'un point d'accès 40 à un réseau de communication tel que l'Internet. L'unité de calcul 5 est ainsi propre à interroger, via le point d'accès 40, un serveur distant 42 pour recueillir différentes variables de fonctionnement relatives, par exemple, à des données météorologiques datées, sur le temps (température extérieure, éphéméride, force du vent, ensoleillement, etc.), qu'il fait ou qu'il fera. L'unité de calcul 5 est un ordinateur. Elle comporte un processeur, une mémoire et une interface d'entrée/sortie. L'interface d'entrée/sortie est raccordée, par une ligne adaptée, au répartiteur 4 pour lui transmettre des signaux de commande adaptés et collecter les variables de fonctionnement mesurées par le répartiteur 4. L'interface d'entrée/sortie est raccordée à un moyen d'émission/réception radioélectrique permettant l'échange de signaux avec différents dispositifs distants. En réception, il s'agit de signaux d'acquisition pour l'acquisition, par l'unité de calcul 5, d'une pluralité de variables de fonctionnement mesurées par le dispositif. En émission, il s'agit de signaux de commande pour la commande, par l'unité de calcul 5, du fonctionnement à distance du dispositif.
La mémoire de l'unité de calcul 5 stocke les instructions d'un programme d'ordinateur propre à optimiser le point de fonctionnement de l'installation 1 en fonction d'une pluralité de variables de fonctionnement de manière à générer, en sortie, une pluralité de signaux de commande adaptés à appliquer au répartiteur 4 et aux prises 30.
Le programme d'optimisation comporte différents modules. Un module 50 de sélection d'une fonction de coût parmi un ensemble de fonction de coût. Cet ensemble de fonctions de coût est stocké dans la mémoire de l'unité de calcul 5. Le module 50 prend en entrée différentes variables d'exploitation telles que, par exemple, l'heure de la journée, le jour de l'année et une utilisation prévisionnelle de l'installation. Le jour de l'année et l'heure de la journée permettent, par exemple, au moyen d'une éphéméride, de déterminer l'heure de coucher du soleil, au-delà de laquelle les panneaux solaires 11 ne fourniront plus aucune puissance électrique. La fonction de coût à sélectionner ne doit donc pas comporter un terme relatif à la puissance électrique fournie par les panneaux solaires. Un module 52 d'acquisition propre, à intervalle régulier, à collecter les valeurs instantanées des différentes variables de fonctionnement auprès du répartiteur 4, du module 17, du serveur 42 etc. Ces variables de fonctionnement correspondent aux variables de la fonction de coût sélectionnée.
Ces variables de fonctionnement sont par exemple le prix d'achat et le prix de vente de l'unité de puissance électrique par le fournisseur exploitant le réseau externe 15. La fonction de coût sélectionnée doit par exemple permettre de déterminer s'il est préférable de faire fonctionner la pompe à chaleur 25 avec la puissance fournie par les moyens 11 et 7, ou de revendre cette puissance électrique et d'acheter une puissance électrique sur le réseau externe pour faire fonctionner la pompe à chaleur 25. Ces variables de fonctionnement sont par exemple les puissances instantanées mesurées sur les connexions d'entrée et de sortie du répartiteur 4. Si l'éolienne 7 ne fournit momentanément qu'une faible puissance électrique, l'optimisation de la fonction de coût sélectionné doit pouvoir conduire à faire fonctionner l'installation de manière à aller chercher, sur le réseau externe 15, la puissance électrique requise pour le fonctionnement programmé de la pompe à chaleur 25. Ces variables de fonctionnement sont par exemple des données météorologiques collectées auprès du serveur 42. Si les prévisions météorologiques annoncent un vent important, l'unité de calcul 5 sélectionne une fonction de coût qui permet de rentabiliser au maximum l'énergie électrique qui va être produite par l'éolienne 7. Si les prévisions météorologiques annoncent un nuit particulièrement froide, l'unité de calcul 5 sélectionne une fonction de coût qui permet d'anticiper cette situation en faisant fonctionner la pompe à chaleur 25 pour que le circuit 27 emmagasine une quantité importante de chaleur pour pouvoir la libérer ultérieurement pendant la nuit. Ces variables de fonctionnement sont par exemple les états, courants ou prévus, des différents équipements connectés au réseau domestique 3 et/ou des prises 30. Ainsi, la machine à laver 15 peut être prête à fonctionner et c'est l'unité de calcul 5 qui détermine l'instant particulier auquel il faut transmettre un signal de changement d'état de la prise 30 sur laquelle la machine 15 est branchée pour démarrer le fonctionnement de la machine 15.
Ces variables de fonctionnement sont par exemple des caractéristiques techniques des différents équipements de l'installation, stockées dans la mémoire de l'unité de calcul 5 lors du déploiement de l'installation 1. Il s'agit par exemple des caractéristiques de fonctionnement de la pompe à chaleur 25. Un module 54 de calcul du point de fonctionnement de l'installation est propre à déterminer un optimum de la fonction de coût sélectionnée compte tenu des variables de fonctionnement acquises. Un point de fonctionnement est une liste regroupant les valeurs instantanées d'une pluralité de paramètres de fonctionnement. Ces paramètres de fonctionnement correspondent aux états des différentes prises 30, ainsi que des coefficients de répartition des puissances électriques entre chaque paire d'entrée / sortie du répartiteur 4. Un module 56 de génération de signaux de commande est propre à générer un signal de commande adapté à destination du répartiteur 4 afin qu'il gère la répartition de la puissance électrique sur ses entrées, vers ses sorties, en fonction des coefficients de répartition calculés. Le module 56 est également propre à générer un signal de commande adapté à destination d'une prise 30 particulière afin d'en modifier l'état, pour activer ou désactiver l'équipement électrique connecté à cette prise 30.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1.- Installation (1) de chauffage domestique, destinée à être couplée à un réseau d'alimentation électrique externe (15), caractérisée en ce qu'elle comporte : un moyen de répartition (4, 5) comportant des première et seconde entrées et des première et seconde sorties ; un moyen de génération d'énergie électrique à partir d'une énergie renouvelable (7, 9, 11, 13) connecté électriquement à la première entrée du moyen de répartition, et propre à fournir une puissance électrique au moyen de répartition, un réseau électrique domestique (3) connecté électriquement à la première sortie du moyen de répartition, une pluralité de dispositifs électriques connectés au réseau électrique domestique étantpropre à consommer une puissance électrique depuis le moyen de répartition, ladite pluralité de dispositifs électriques comportant une pompe à chaleur (25) ; un module de raccordement (17) au réseau d'alimentation électrique externe (15), connecté électriquement à la seconde entrée et à la seconde sortie du moyen de répartition pour fournir au moyen de répartition ou recevoir du moyen de répartition une puissance électrique ; et, ledit moyen de répartition étant propre à déterminer automatiquement un point de fonctionnement instantané de ladite installation en fonction d'une pluralité de variables de fonctionnement, et à transférer, en fonction du point de fonctionnement déterminé, une fraction déterminée d'une puissance électrique sur une entrée déterminée dudit moyen de répartition, vers une sortie déterminée dudit moyen de répartition.
  2. 2.- Installation selon la revendication 1, dans laquelle ledit moyen de répartition comporte un répartiteur (4) commandé et une unité de calcul (5) programmée pour piloter ledit répartiteur.
  3. 3.- Installation selon la revendication 2, dans laquelle l'unité de calcul (5) comporte un module (52) d'acquisition d'une pluralité de variables de fonctionnement, à partir desquelles l'unité de calcul détermine le point de fonctionnement de l'installation.
  4. 4.- Installation selon la revendication 3, dans laquelle l'unité de calcul (5) est propre à se connecter à un serveur distant (42) par l'intermédiaire d'un point d'accès (40) à un réseau de communication du type Internet, de manière à collecter une pluralité de variables de fonctionnement.
  5. 5.- Installation selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans laquelle le module de raccordement (17) est propre à transmettre à l'unité de calcul (5) des variables de fonctionnement comportant un prix de vente et un prix de rachat d'une puissance électrique par un fournisseur du réseau électrique externe (15).
  6. 6.- Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans laquelle l'unité de calcul (5) comporte un module (54) de calcul permettant d'optimiser une fonction de coût à partir de la pluralité de variables de fonctionnement acquises pour obtenir un point de fonctionnement, et un module (56) de génération de signaux de commande à destination du répartiteur (4).
  7. 7.- Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans laquelle la fonction de coût utilisée par le module de calcul est obtenue en sortie d'un module (50) de sélection propre à effectuer la sélection d'une fonction parmi un ensemble de fonctions de coût, à partir d'une pluralité de variables d'exploitation de l'installation (1).
  8. 8.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans laquelle, au moins un dispositif connecté au réseau électrique domestique (3) étant équipé d'un interrupteur commandé (30), l'unité de calcul (5) est propre à transmettre un signal de commande propre à modifier un état dudit interrupteur commandé.
  9. 9.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moyen de génération d'énergie électrique comporte une éolienne (7) et/ou au moins un panneau photovoltaïque (11), ledit panneau étant de préférence du type CIGS (CuivreIndium-Gallium-Selenium).
  10. 10.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pompe à chaleur (25) est du type air/eau ou du type air/air et éventuellement une chaudière (29), la pompe à chaleur (25) fonctionnant alors en « relève de chaudière ». 30
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