FR3020221A1 - Module de stockage d'energie electrique pour dispositif de conversion d'energie photovoltaique en energie electrique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module de stockage d'énergie électrique (120) d'un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique, ledit module de stockage d'énergie électrique (120) étant remarquable en ce qu'il est configuré pour être monté de manière amovible sur ledit dispositif (10).
Description
Module de stockage d'énergie électrique pour dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION La présente invention se rapporte au domaine des énergies renouvelables et concerne plus particulièrement un module de stockage d'énergie électrique et un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique comprenant un tel module.
L'invention trouve notamment son application dans le domaine de la conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique par un dispositif de type panneau photovoltaïque. ETAT DE LA TECHNIQUE Les dispositifs de conversion d'énergie photovoltaïque sont de plus en plus utilisés aujourd'hui, notamment en raison de la raréfaction des énergies non renouvelables. L'énergie photovoltaïque se base sur l'effet photoélectrique pour créer un courant électrique continu à partir d'un rayonnement électromagnétique. Cette source de lumière peut être naturelle (soleil) ou-bien artificielle (une ampoule). L'énergie photovoltaïque est captée par des cellules photovoltaïques, un composant électronique qui produit de l'électricité lorsqu'il est exposé à la lumière. Plusieurs cellules peuvent être reliées pour former un panneau photovoltaïque et plusieurs panneaux peuvent être connectés pour former un système photovoltaïque, leur nombre pouvant varier de quelques-uns à plusieurs milliers. Le panneau ou le système photovoltaïque sont généralement connectés directement à un réseau d'électricité afin de lui fournir l'énergie électrique qu'il produit. Toutefois, si selon la formule latine « sol lucet omnibus » le soleil éclaire tout, l'énergie solaire n'est disponible que de jour (soit environ 50 % du temps en moyenne sur une année) ou durant certains mois quand on se rapproche des pôles, ce qui peut présenter un inconvénient important pour l'alimentation en continu d'équipements électriques connectés audit réseau. Afin de pallier cet inconvénient, il est connu de stocker l'énergie électrique produite par un panneau ou un système photovoltaïque dans un module de stockage temporaire. L'énergie peut être stockée directement sous forme d'énergie électrique ou bien sous une autre forme. Dans ce dernier cas, il est par exemple connu de stocker de l'énergie sous forme d'hydrogène, de calories ou d'une masse d'eau remontée dans des réservoirs quand l'énergie est disponible, puis utilisée pour produire de l'électricité par « turbinage » lorsque cela est nécessaire. De tels systèmes sont volumineux, complexes et leur coût est important, ce qui présentent des inconvénients importants. En outre, il est nécessaire de convertir l'énergie électrique produite par le panneau ou le système photovoltaïque en une autre forme d'énergie, ce qui peut être chronophage et provoquer une perte d'énergie électrique. Dans le cas d'un stockage direct de l'énergie électrique, il est connu d'utiliser un système d'une ou plusieurs batteries en parallèle permettant d'accumuler l'énergie électrique.
Une solution, connue de la demande de brevet CN103280846 (A) « Flexible photovoltaic integrated power supply system », décrit un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique de type panneau solaire relié à un module de stockage d'énergie électrique.
Un tel dispositif présente toutefois de nombreux inconvénients. Tout d'abord, il est nécessaire de prévoir un espace pour installer le module de stockage, qui peut être volumineux, et le relier au panneau solaire avec un câble, ce qui peut provoquer des pertes. De plus, le module de stockage d'énergie électrique n'est configuré que pour fonctionner avec un type et un nombre de panneaux solaires déterminés, ce qui empêche son utilisation avec des panneaux solaires de type différent. En outre, une augmentation de la capacité de stockage de l'énergie électrique est complexe à mettre en oeuvre avec un tel dispositif, notamment lorsqu'on connecte plusieurs panneaux solaires entre eux et/ou que l'on souhaite en augmenter le nombre. Il existe de plus des risques liés à la mise en oeuvre d'un banc comprenant une pluralité de puissantes batteries : éléments fragiles et lourd, composants dangereux (acide), très forts courants, court-circuits, dégazage, risques d'explosion, nécessité de protections et de locaux fermés et ventilés... Il est ainsi nécessaire d'avoir des compétences et une accréditation spécifique, par exemple selon les normes NF EN 50272-1, 2, 3 et NF EN 1127-1, pour mettre en oeuvre et maintenir ce type de banc. De plus, un tel banc de batteries présente généralement des problèmes de déséquilibre entre les batteries qui composent le banc et il est alors nécessaire de procéder régulièrement à des charges d'égalisation, une cellule défectueuse provoquant alors un dysfonctionnement global du banc de batteries. Un autre inconvénient est lié à la concentration d'une énorme quantité d'énergie dans un seul endroit, ce qui peut provoquer, par exemple, un incendie et donc des dégâts importants. Un tel banc de batteries ne permet pas en outre d'optimiser la production de chaque panneau solaire auquel il est relié car l'ensemble des panneaux solaires apparaît comme un unique générateur pour le banc de batteries sans distinction des panneaux efficaces de ceux qui ne le sont pas. Enfin, un tel banc de batteries nécessite l'utilisation de boîtes de jonction pour mettre en série ou en parallèle les panneaux solaires, ce qui entraîne un surcoût et des risques supplémentaires de dysfonctionnement. L'invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un module de stockage d'énergie électrique qui soit à la fois efficace, simple, modulaire et adaptable à différents types de dispositifs de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un module de stockage d'énergie électrique d'un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique, ledit module de stockage d'énergie électrique étant remarquable en ce qu'il est configuré pour être monté de manière amovible sur ledit dispositif.
Un tel module de stockage d'énergie électrique peut être aisément monté sur un panneau photovoltaïque d'un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique, ce qui rend son remplacement à la fois simple et rapide.
Avantageusement, ce module de stockage est léger, sa masse étant de préférence inférieure à 10 kg afin de le rendre aisément manipulable. De préférence, le module de stockage d'énergie électrique est configuré pour être intégré à un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un espace volumineux à proximité du dispositif. Une telle intégration permet également d'éviter l'utilisation de longs câbles synonymes de pertes de ligne.
Avantageusement, le module de stockage d'énergie électrique est configuré pour être monté sur la partie arrière d'un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. Avantageusement encore, le module de stockage d'énergie électrique comprend des moyens de fixation sur un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. Ainsi, par exemple, lorsque le dispositif comprend un panneau photovoltaïque comportant un cadre, les moyens de fixation peuvent être agencés pour monter le module de stockage d'énergie électrique sur ledit cadre.
De manière préférée, les moyens de fixation sont des moyens de fixation par pincement, par blocage ou par encastrement, ce qui permet notamment une fixation aisée du module sur le dispositif, sans compétences ni accréditation particulières. Par exemple, les moyens de fixation peuvent comprendre une ou plusieurs lames ou languettes de fixation. De telles lames ou languettes permettent notamment de monter le module de stockage d'énergie électrique sur différents types de dispositifs de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. Des moyens antivols peuvent en outre être avantageusement prévus pour éviter le vol du module de stockage d'énergie électrique lorsqu'il est monté sur un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. Selon un aspect de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique comprend des moyens de réglage lui permettant d'être fixé sur des dispositifs de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique de différentes dimensions, notamment sur les dispositifs de type panneau photovoltaïque standards existants. De tels moyens de réglage peuvent par exemple comprendre une ou plusieurs pièces coulissantes. Selon un autre aspect de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique se présente sous la forme d'une plaque sensiblement plane. De préférence, la plaque est de faible épaisseur, par exemple inférieure à 40 mm. Selon une caractéristique de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique comprend des moyens d'isolation permettant de le protéger des hautes et basses températures d'un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique sur lequel il est monté. De manière préférée, les moyens d'isolation comprennent un feuillard isolant, peu coûteux et aisé à monter sur le module de stockage. Selon une autre caractéristique de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique comprend des moyens de dissipation de chaleur afin d'améliorer la convection de chaleur, provenant notamment d'un panneau photovoltaïque, et le refroidissement dudit module. Selon un aspect de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique comprend une face interne agencée pour être disposée au droit de la face arrière d'un panneau photovoltaïque et une face externe, opposée à ladite face interne.
De préférence, les moyens d'isolation sont disposés au moins sur la face interne du module de stockage d'énergie électrique. De préférence encore, les moyens de dissipation sont disposés au moins sur la face externe du module de stockage d'énergie électrique afin d'évacuer la chaleur vers l'extérieur d'un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique sur lequel le module de stockage est monté.
De manière avantageuse, le module de stockage d'énergie électrique comprend des premiers moyens de connexion électrique à un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique. De tels premiers moyens permettent d'éviter l'utilisation d'une boîte de jonction pour mettre en série ou en parallèle plusieurs dispositifs de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique, ce qui limite notablement les coûts et les risques de dysfonctionnement. De préférence, ces premiers moyens de connexion se présentent sous la forme d'un ou plusieurs connecteurs, par exemple de type MC4 connu de l'homme du métier.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique comprend des deuxièmes moyens de connexion électrique à au moins un autre module de stockage d'énergie électrique, de préférence du même type, afin d'augmenter la capacité de stockage d'énergie électrique, notamment en mettant une pluralité de modules de stockage en parallèle ou en série. L'augmentation de la capacité de stockage en énergie électrique est ainsi aisée à mettre en oeuvre, notamment lorsqu'on connecte plusieurs dispositifs de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique entre eux et/ou que l'on souhaite en augmenter le nombre.
Selon un aspect de l'invention, le module de stockage comprend des moyens de protection électrique contre les court-circuits tels que, par exemple, un fusible ou un disjoncteur afin notamment d'éviter d'utiliser des moyens de protection électrique externes.
Selon un autre aspect de l'invention, le module de stockage d'énergie électrique comprend au moins une cellule de stockage d'énergie électrique ou batterie. De préférence, la cellule de stockage est une batterie au lithium, qui ne nécessite pas de compétences ni d'accréditation spécifiques. De plus, une batterie au lithium permet d'éviter d'avoir une importante quantité d'énergie concentrée dans un seul endroit, ce qui limite les risques, notamment d'incendie, de manière significative. Avantageusement, le module de stockage d'énergie électrique comprend une pluralité de cellules de stockage connectées entre elles, en parallèle ou en série, afin notamment d'augmenter la capacité de stockage du module de stockage et d'étaler l'utilisation de l'énergie produite par le module dans le temps. De préférence encore, la capacité de stockage de chaque cellule de stockage au lithium est comprise entre 30 et 150 Wh, ces cellules étant associées pour former une batterie d'une capacité proportionnelle équivalente, par exemple de 300 à 1500Wh pour dix cellules de stockage au lithium. De manière avantageuse, le module de stockage d'énergie électrique comprend dix cellules de stockage de type LiFePO4 (connu de l'homme du métier) montées en série. L'invention concerne aussi un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique remarquable en ce qu'il comprend au moins un module de stockage d'énergie électrique tel que présenté précédemment.
Un tel dispositif permet donc à la fois de se dégager de l'irrégularité de la production photovoltaïque dans le temps tout en intégrant son propre module de stockage d'énergie électrique. De plus, lorsque le dispositif comprend une pluralité de modules de stockage montés en parallèle et que l'un d'entre eux est défectueux, le dispositif continue de fonctionner. Le dispositif selon l'invention peut être connecté à un réseau électrique ou bien fonctionner de manière isolée. Par les termes « réseau électrique, on entend un réseau de fourniture d'électricité. Par le terme « isolé », on entend que le dispositif n'est pas relié à un réseau électrique mais est relié directement à une entité consommatrice d'énergie électrique, tel que, par exemple, un immeuble d'habitation. Ainsi, si le module de stockage d'énergie électrique est défectueux, le dispositif reste opérationnel, par exemple pour fournir de l'énergie électrique à un réseau électrique.
En outre, plusieurs dispositifs selon l'invention peuvent être connectés entre eux aisément et rapidement afin d'augmenter la capacité de production d'énergie, rendant un tel ensemble modulaire et évolutif. Dans ce cas, si l'un des dispositifs est défectueux les autres continuent de produire, ce qui permet d'optimiser la production globale d'énergie électrique.
De préférence, le dispositif comprend au moins un panneau photovoltaïque. De préférence encore, le panneau photovoltaïque comprend une pluralité de cellules photovoltaïques configurées pour collecter de l'énergie photovoltaïque, par exemple de l'énergie solaire, et un module photovoltaïque configuré pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie photovoltaïque collectée par la pluralité de cellules photovoltaïques et pour fournir ladite énergie électrique au module de stockage d'énergie électrique et/ou à un réseau électrique et/ou à une entité consommatrice d'énergie électrique. Un tel panneau photovoltaïque peut comprendre un cadre, par exemple en aluminium, sur lequel est monté le module de stockage d'énergie électrique.
Lorsque le module de stockage d'énergie électrique se présente sous la forme d'une plaque, l'épaisseur de la plaque peut avantageusement être inférieure à l'épaisseur du dispositif. Ainsi, le module ne s'étend pas en saillie du panneau photovoltaïque afin de permettre l'utilisation de la majorité des systèmes de montage et des structures standards des dispositifs existants.
De préférence, le module de stockage d'énergie électrique a une tension nominale proche de la tension de suivi du point de puissance maximale du dispositif afin d'éviter l'utilisation d'une unité de suivi du point de puissance maximale configurée pour délivrer en permanence le maximum de puissance au module de stockage d'énergie électrique. La tension de suivi du point de puissance maximale, connue de l'homme du métier, est généralement comprise entre 25 et 35Vdc, généralement entre 30 et 31Vdc en moyenne pour un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique de type panneau solaire.
Avantageusement, le module de stockage d'énergie électrique comprend dix cellules de stockage de type LiFePO4 montées en série pour une tension nominale de 32Vcc et le panneau photovoltaïque comprend soixante cellules photovoltaïques. La tension nominale de l'ensemble formé par les dix cellules de stockage est ainsi de l'ordre de la tension nominale de l'ensemble formé par les soixante cellules photovoltaïques.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un onduleur interne, relié au module de stockage d'énergie électrique, ou est configuré pour être connecté à un onduleur externe. Un onduleur est configuré pour convertir le courant continu de l'unité de stockage ou du module solaire en courant alternatif exploitable pour alimenter des charges. L'onduleur interne peut être par exemple de type micro-onduleur et permettre l'injection de courant électrique dans un réseau électrique ou une entité consommatrice de courant.
Selon un aspect préféré de l'invention, le module de stockage et/ou le dispositif comprend une unité de gestion du module de stockage d'énergie électrique configurée pour le protéger contre les décharges importantes, les court-circuits, les courants forts, les surtensions et les élévations de température excessives et/ou pour gérer le stockage et le déstockage d'énergie électrique par le module de stockage d'énergie électrique.
Lorsque le dispositif comprend une pluralité de modules de stockage d'énergie électrique connectés en parallèle, l'unité de gestion du module de stockage d'énergie électrique peut être configurée pour procéder à leur égalisation, par exemple pendant leur période d'inutilisation. En outre, le dysfonctionnement d'un module de stockage ne provoque pas un dysfonctionnement global de tout le groupe de module de stockage, ce qui présente un avantage important. Selon une caractéristique de l'invention, l'unité de gestion comprend au moins un indicateur de l'état du module de stockage d'énergie électrique, notamment sa charge, et permettant d'identifier rapidement un défaut de fonctionnement. Un tel indicateur peut se présenter, par exemple, sous la forme d'une Diode Electroluminescente (DEL). De manière avantageuse, l'unité de gestion du module de stockage d'énergie électrique comprend une sous-unité de communication configurée notamment pour piloter l'utilisation du module de stockage d'énergie électrique, notamment dans le but de fournir de l'énergie électrique stockée par le module de stockage à un réseau électrique, et/ou pour vérifier l'état du module de stockage à distance.
Une telle sous-unité de communication peut être configurée pour communiquer sur un lien qui peut être radio ou filaire, par exemple par Courants Porteurs en Ligne (CPL). L'invention concerne aussi un système comprenant un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique tel que présenté précédemment et un terminal configuré pour communiquer avec la sous-unité de communication de l'unité de gestion du module de stockage d'énergie électrique dans le but de contrôler ladite unité de gestion.
De préférence, le terminal comprend un écran permettant de visualiser l'état de charge du module de stockage d'énergie électrique, notamment de chacune de ses cellules de stockage le cas échéant, sa tension, son courant entrant, son courant sortant et/ou de permettre la mise en service ou l'arrêt dudit module de stockage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront lors de la description qui suit faite en regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation d'un système selon l'invention. La figure 2 est une vue arrière d'une forme de réalisation d'un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique selon l'invention. La figure 3a est une vue en transparence partielle de la face interne d'une première forme de réalisation d'un module de stockage d'énergie électrique selon l'invention. La figure 3b est une vue de la face externe d'une deuxième forme de réalisation d'un module de stockage d'énergie électrique selon l'invention. La figure 4a est une vue en coupe partielle d'une première forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
La figure 4b est une vue en coupe partielle d'une deuxième forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 5 illustre un premier mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention connecté à un réseau électrique.
La figure 6 illustre un deuxième mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention connecté à un réseau électrique. La figure 7 illustre un troisième mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention connecté à un réseau électrique.
La figure 8 illustre un premier mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention fonctionnant en mode isolé. La figure 9 illustre un deuxième mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention fonctionnant en mode isolé. La figure 10 illustre un troisième mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention fonctionnant en mode isolé. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION I. Système 1 La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du système 1 selon l'invention. Le système 1 comprend un dispositif de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique 10 et un terminal 20 2 0 A) Dispositif 10 Le dispositif 10 selon l'invention permet avantageusement de produire de l'énergie électrique à partir d'énergie photovoltaïque puis de la stocker. 25 A cette fin, toujours en référence à la figure 1, le dispositif 10 de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique comprend un panneau photovoltaïque 110 et un module de stockage 120 d'énergie électrique. Le dispositif selon l'invention peut être connecté à un réseau électrique 30 (figures 5 à 7) 30 ou bien fonctionner de manière isolée en étant relié directement à une entité consommatrice d'énergie électrique 40, tel que, par exemple, un immeuble d'habitation (figures 8 à 10).
Le panneau photovoltaïque 110 comprend une pluralité de cellules photovoltaïques 112, se présentant sous la forme d'une plaque sensiblement plane de faible épaisseur de manière connue de l'homme du métier, et un module photovoltaïque 114.
Dans une forme de réalisation illustrée à la figure 4a, le panneau photovoltaïque 110 comprend en outre un cadre 116 disposé autour de ladite plaque, par exemple en aluminium, sur lequel est monté le module de stockage d'énergie électrique 120. En variante, comme illustré à la figure 4b, le module de stockage d'énergie électrique 120 peut être monté directement sur la plaque.
La pluralité de cellules photovoltaïques 112 est configurée pour collecter de l'énergie photovoltaïque, par exemple de l'énergie solaire de manière connue de l'homme du métier. Un panneau solaire de type standard peut par exemple comprendre soixante cellules photovoltaïques 112.
Le module photovoltaïque 114 est configuré pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie photovoltaïque collectée par la pluralité de cellules photovoltaïques 112 et pour fournir ladite énergie électrique au module de stockage d'énergie électrique 120 et/ou au réseau électrique 30 et/ou à une entité consommatrice d'énergie électrique 40.
Le dispositif 10 comprend en outre un onduleur 130 interne relié au module de stockage d'énergie électrique 120 et configuré pour convertir le courant continu stocké dans le module de stockage 120 en courant alternatif utilisable pour alimenter diverses charges électriques courantes. Un tel onduleur 130 interne peut être un onduleur d'injection dans le réseau électrique 30, par exemple de type micro-onduleur. Le dispositif comprend aussi une unité de gestion 140 du module de stockage d'énergie électrique 120 configurée pour le protéger contre les décharges importantes, les court-circuits, les courants forts, les surtensions et les élévations de température excessives et/ou pour gérer le stockage ou le déstockage d'énergie électrique par le module de stockage d'énergie électrique 120. A cette fin, l'unité de gestion 140 est reliée, d'une part, au module photovoltaïque 114 et, d'autre part, au module de stockage d'énergie électrique 120 et à l'onduleur 130 interne.
L'unité de gestion 140 peut être montée sur le panneau photovoltaïque 110, par exemple, au-dessus ou à côté du module de stockage d'énergie électrique 120.
Dans cet exemple, l'unité de gestion 140 est en outre configurée pour procéder à l'égalisation de la pluralité de cellule de stockage 128 (en référence à la figure 3a) du module de stockage d'énergie électrique 120 en les mettant en parallèle pendant leur période d'inutilisation.
L'unité de gestion 140 comprend au moins un indicateur de l'état de charge du module de stockage d'énergie électrique 120 tel que, par exemple, une ou plusieurs Diodes Electroluminescentes (DEL). Dans la forme de réalisation illustrée, l'unité de gestion 140 du module de stockage d'énergie électrique 120 comprend une sous-unité de communication 142 configurée pour piloter l'utilisation du module de stockage d'énergie électrique 120, notamment dans le but de fournir de l'énergie électrique stockée par le module de stockage 120 à un réseau électrique 30, et/ou pour vérifier l'état du module de stockage 120 à distance.
Une telle sous-unité de communication 142 peut être configurée pour communiquer avec un terminal 20 sur un lien L1 qui peut être radio ou filaire, par exemple par Courants Porteurs en Ligne (CPL). B) Module de stockage d'énergie électrique 120 Le module de stockage d'énergie électrique 120 est configuré pour être monté de manière amovible sur le dispositif 10 de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique.
Dans les deux formes de réalisation illustrées aux figures 3a à 4b, le module de stockage d'énergie électrique 120 se présente sous la forme d'une plaque sensiblement plane de faible épaisseur, par exemple inférieure à 40mm et notamment inférieure à l'épaisseur du panneau photovoltaïque 110, ce qui permet ainsi avantageusement d'intégrer le module de stockage 120 au dispositif 10 de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique sans que le module de stockage 120 ne s'étende en saillie du panneau photovoltaïque 110. A titre d'exemple, la largeur du module de stockage 120 peut être comprise entre 100 et 500 mm et sa longueur peut être comprise entre 500 et 2000 mm. Comme illustré sur les figures 4a et 4b, le module de stockage d'énergie électrique 120 comprend une face interne FI agencée pour être disposée au droit de la face arrière 12 du panneau photovoltaïque 110 et une face externe FE, opposée à ladite face interne FI.
A cette fin, toujours en référence aux figures 4a et 4b, le module de stockage d'énergie électrique 120 comprend des moyens de fixation sur le panneau photovoltaïque 110. Dans l'exemple de la figure 4a, le panneau photovoltaïque 110 comprend un cadre 116 et le module de stockage d'énergie électrique 120 est monté sur ledit cadre 116 à l'aide de lames ou languettes de fixation 121a et d'un système de vis et d'écrous 121b. De tels moyens de fixation permettent notamment de monter le module de stockage d'énergie électrique 120 par encastrement, par blocage ou par pincement sur différents types de panneaux photovoltaïques.
De telles lames ou languettes de fixation 121a permettent en outre de fixer le module de stockage 120 au panneau photovoltaïque 110 sans perçage afin de préserver l'intégrité du cadre aluminium 116. Les parties en contact avec le cadre aluminium 116 peuvent par exemple être soit en aluminium, soit en plastique pour éviter tout couple électrolytique. Dans l'exemple de la figure 4b, le panneau photovoltaïque 110 ne comporte pas de cadre. Dans ce cas, les moyens de fixations se présentent sous la forme d'une ou plusieurs barrettes 121c fixée directement sur la surface du panneau photovoltaïque 110, par exemple par pincement. Le module de stockage d'énergie électrique 120 comprend en outre des moyens de réglage, des moyens antivols 123, des moyens d'isolation 124, des moyens de dissipation de chaleur 125 et des premiers moyens de connexion électrique 126 et des deuxièmes moyens de connexion électrique 127. 30 Des moyens de réglage peuvent être prévus afin d'adapter la fixation du module de stockage d'énergie électrique 120 sur des dispositifs 10 de différentes dimensions.
Les moyens de réglage peuvent, par exemple, se présenter sous la forme de pièces coulissantes (non représentées) dont l'ajustement est réalisé à l'aide du système de vis et d'écrous 121b de sorte à adapter la longueur du module de stockage 120 à la largeur du cadre 116 du panneau photovoltaïque 110. La largeur peut par exemple être réglable sur une longueur de 100mm pour une largeur du panneau photovoltaïque 110 comprise entre 950 à 1050 mm afin de s'adapter à un grand nombre de panneaux photovoltaïques de type différent. Le réglage de la longueur du module de stockage 120 peut aussi être réalisé à l'aide des moyens de fixation, par exemple en adaptant la longueur des moyens de lames ou languettes 121a. Les moyens antivols 123 se présentent, par exemple, sous la forme de vis antivol auto-cassante ou munie d'une tête inviolable.
Comme illustré à la figure 3a, les moyens d'isolation 124 sont configurés pour protéger le module de stockage d'énergie électrique 120 des températures élevées susceptibles d'être atteintes par le panneau photovoltaïque 110, notamment au niveau de ses cellules photovoltaïque 112, par exemple supérieures à 40° C, ainsi que des températures basses, par exemple négatives.
Ces moyens d'isolation 124 peuvent se présenter avantageusement sous la forme d'un feuillard isolant comportant, par exemple, une surface blanche ou réfléchissante, monté sur la face interne FI du module de stockage 120.
Les moyens de dissipation de chaleur 125 sont configurés pour améliorer la convection de chaleur, produite notamment par le panneau photovoltaïque 110, et permettre ainsi le refroidissement du module de stockage d'énergie électrique 120.
Dans cet exemple, les moyens de dissipation 125 sont disposés sur la face externe FE du module de stockage d'énergie électrique 120. Les premiers moyens de connexion électrique 126 sont configurés pour connecter électriquement le module de stockage d'énergie électrique 120, d'une part, au module photovoltaïque 114 afin de stocker l'énergie électrique produite par le panneau photovoltaïque 110 et, d'autre part, à un onduleur 130 interne ou à un onduleur 160 chargeur externe (en référence à la figure 10) afin de lui fournir de l'énergie électrique stockée. Ces premiers moyens de connexion 126 peuvent se présenter sous la forme d'un ou plusieurs connecteurs, par exemple de type MC4 connu de l'homme du métier, comme illustré dans l'exemple de la figure 3b, ou de câbles électriques, comme illustré dans l'exemple de la figure 3a. Les deuxièmes moyens de connexion électrique 127 permettent de connecter le module de stockage 120 à au moins un autre module de stockage d'énergie électrique, de préférence du même type 120. Dans l'exemple illustré à la figure 2, deux modules de stockage d'énergie électrique 120 sont montés en parallèle sur la face arrière 12 du panneau photovoltaïque 110 de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique afin d'en augmenter la capacité de stockage d'énergie électrique.
Ces deuxièmes moyens de connexions 127 peuvent se présenter sous la forme d'un ou plusieurs connecteurs, par exemple de type MC4 connu de l'homme du métier, comme illustré dans l'exemple de la figure 3b, de câbles électriques comme illustré dans l'exemple de la figure 3a, ou bien encore par exemple de borniers.
Afin de stocker l'énergie produite par le panneau photovoltaïque 110, le module de stockage 120 comprend une pluralité de cellules de stockage 128 d'énergie électrique, de type batterie au lithium, dont la capacité de stockage de chaque cellule 128 est, par exemple, comprise entre 30 et 150 Wh. Ces cellules de stockage 128 sont connectées entre elles en série dans le module de stockage 120. Avantageusement, comme illustré partiellement en transparence à la figure 3a, le module de stockage d'énergie électrique comprend dix cellules de stockage 128 de type « LiFePO4 » montées en série pour une tension nominale de 32Vcc dans le module de stockage 120. Le panneau photovoltaïque peut comprendre dans ce cas, par exemple, soixante cellules photovoltaïques. La tension nominale de l'ensemble formé par les dix cellules de stockage 128 est ainsi de l'ordre de la tension nominale de l'ensemble formé par les soixante cellules photovoltaïques, ce qui permet d'éviter l'utilisation d'une unité de suivi du point de puissance maximale (connue de l'homme du métier) configurée pour délivrer en permanence le maximum de puissance au module de stockage d'énergie électrique. Un module de stockage 120 peut, par exemple, avoir une capacité équivalente à une journée de production. Un panneau photovoltaïque de 250Wc produit de 0 à 1 750Wh dans la journée en fonction de l'ensoleillement du site. Les cellules LiFePO4 font 3,2V nominal. Dix cellules de stockage 128 de 3,2V 30Ah permettraient d'obtenir ainsi 960Wh nominal de stockage d'énergie électrique.
Un tel module de stockage d'énergie électrique 120 est léger, par exemple moins de 10 kg, afin de le rendre aisément manipulable. L'unité de gestion 140 peut être coulée dans une résine pour améliorer sa tenue en température, sa tenue aux chocs et prévenir la copie.
Enfin, il peut être prévu de monter plusieurs modules de stockage d'énergie électrique 120 en parallèle afin d'augmenter la capacité de stockage totale du dispositif 10. C) Terminal 20 Le terminal 20 est configuré pour communiquer avec la sous-unité de communication 142 de l'unité de gestion 140 du dispositif 10 dans le but de contrôler ladite unité de gestion 140. Par exemple, le terminal 20 peut être configuré pour contrôler l'état de charge du module de stockage d'énergie électrique 120, notamment de chacune de ses cellules de stockage 128, sa tension, son courant entrant, son courant sortant et/ou de permettre la mise en service ou l'arrêt dudit module de stockage 120. A cette fin, le terminal 20 comprend dans cet exemple un écran 22 permettant de visualiser ces paramètres et contrôler le module de gestion 140. On notera que tout autre moyen de contrôle du module de gestion 140 peut être utilisé, par exemple des boutons ou des touches de contrôle. Il. Exemples de mise en oeuvre de l'invention Les figures 5 à 7 illustrent trois modes de mise en oeuvre du dispositif 10 selon l'invention lorsque celui-ci est connecté à un réseau électrique 30. Dans un premier mode de mise en oeuvre, illustré à la figure 5, l'onduleur 130 interne injecte l'énergie électrique, produite par module photovoltaïque 114 à partir de l'énergie photovoltaïque collectée par la pluralité de cellules photovoltaïques 112, directement dans le réseau électrique 30. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre, illustré à la figure 6, le réseau ne peut ou ne doit pas accepter la production, le module photovoltaïque 114 fournit l'énergie électrique produite au module de stockage 120 qui la stocke dans les cellules de stockage 128. Ceci peut être utilisé notamment pour limiter la puissance maximale injectée sur un réseau électrique 30 faible, conserver le surplus de production dans une installation d'autoconsommation ou bien encore adapter la production de l'onduleur 130 interne à une consommation locale. Dans un troisième mode de mise en oeuvre, illustré à la figure 7, le module de stockage 120 alimente l'onduleur 130 interne qui injecte alors l'énergie électrique sur le réseau électrique 30. Ce mode peut être mis en oeuvre lorsque le module photovoltaïque 114 ne produit pas d'électricité, par exemple la nuit ou lors de passages nuageux. Les figures 8 à 10 illustrent trois modes de mise en oeuvre du dispositif 10 selon l'invention fonctionnant en mode isolé, c'est-à-dire lorsqu'il est connecté directement à une entité consommatrice d'énergie électrique 40 telle que, par exemple, un immeuble d'habitation, un relais de télécommunications, un système d'éclairage ou une usine. Dans ces modes de mise en oeuvre, deux dispositifs de conversion 10 sont utilisés pour fournir de l'énergie électrique à l'entité 40.
Dans un premier mode de mise en oeuvre, illustré à la figure 8, chaque dispositif 10 comprend un onduleur 130 interne de type chargeur. Ces onduleurs 130 chargeurs fonctionnent en parallèle dans une configuration avec 1 maître et n esclaves (ici n=1) de sorte que le maître pilote le ou les esclaves, par exemple en fréquence pour un fonctionnement synchronisé en monophasé ou décalé à 120° pour un fonctionnement en triphasé, afin de fournir l'énergie à l'entité 40. Dans un deuxième mode de mise en oeuvre, illustré à la figure 9, chaque dispositif 10 comprend un micro-onduleur 130 interne. Un onduleur externe 150, par exemple de type onduleur chargeur réversible, permet une gestion de la fréquence et un fonctionnement en réseau avec les micro-onduleurs 130 internes de l'ensemble formé par les dispositifs 10 afin de fournir l'énergie à l'entité 40. L'onduleur externe 150 est en outre relié à un banc de batterie pour stocker une partie de l'énergie électrique fournie par les dispositifs 10. Dans un troisième mode de mise en oeuvre, illustré à la figure 10, les modules de stockage 120 des dispositifs 10 sont connectés en parallèle à l'aide de leurs deuxièmes moyens de connexion électrique 127 respectifs et fournissent une tension, par exemple comprise entre 20 à 36Vdc, à un onduleur chargeur ou à un convertisseur de tension continue 160 externe qui alimente à son tour l'entité 40 et un banc de batteries externe 170. On notera que, dans ce dernier mode, le dispositif 10 ne comprend pas d'onduleur 130 interne. Lors de la mise en oeuvre du dispositif 10 selon l'invention, le terminal 20 peut être utilisé à tout moment afin de gérer le ou les modules de stockage d'énergie électrique 120, en communiquant via la sous-unité de communication 142 de l'unité de gestion 140 du dispositif 10. Par exemple, le terminal 20 peut être utilisé pour visualiser l'état de charge du ou des modules de stockage d'énergie électrique 120, notamment de chacune de leurs cellules de stockage 128, leur tension, leur courant entrant, leur courant sortant et/ou de permettre la mise en service ou l'arrêt dudit ou desdits modules de stockage 120.
Le dispositif selon l'invention permet avantageusement de se dégager de l'irrégularité dans le temps de la production photovoltaïque tout en intégrant le stockage de l'énergie électrique et en évitant les difficultés de mise en oeuvre des modes de stockage externe aux panneaux solaires. La fourniture d'énergie électrique peut ainsi être gérée aisément, en la lissant notamment sur la journée, par exemple en interrompant la production d'une partie des onduleurs 130 internes en milieu de journée, puis en mettant en fonction ces onduleurs 130 internes la nuit. En outre, plusieurs dispositifs selon l'invention peuvent être connectés entre eux aisément et rapidement afin d'augmenter la capacité de production d'énergie, rendant un tel ensemble modulaire et évolutif. Dans ce cas, si l'un des dispositifs est défectueux les autres continuent de produire.
15 Si le dispositif 10 ne comporte pas d'onduleur 130 interne, le dispositif 10 peut être relié directement à un onduleur 160 externe. De plus, la maintenance et/ou la surveillance du dispositif 10 peut en outre avantageusement être réalisée à distance grâce au terminal 20.
20 Le module de stockage d'énergie électrique 120 ainsi que le dispositif 10 sont ainsi à la fois modulaires et évolutifs et il suffit d'ajouter un ou plusieurs dispositifs 10 pour augmenter la capacité de l'ensemble. Le module de stockage d'énergie électrique 120 est en outre très aisé à remplacer et peut être remplacé sans accréditation ni compétences 25 particulières dans le cadre de la maintenance. Si le dispositif 10 comprend plusieurs modules de stockage d'énergie électrique 120 et que l'un d'entre eux est défectueux, les autres peuvent continuer de fournir de l'électricité. L'installation et l'utilisation du module de stockage d'énergie électrique 120 30 selon l'invention est aisée et ne nécessite pas de compétences techniques spécifiques. Le module de stockage d'énergie électrique 120 peut en outre être monté sur la plupart des panneaux photovoltaïques 110 standards sans modification de ceux-ci. Enfin, si le 10 module de stockage d'énergie électrique 120 ne fonctionne pas, le panneau photovoltaïque 110 reste opérationnel. Il est à noter, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. Notamment, la forme du panneau photovoltaïque 110 et du module de stockage 120, le nombre et le type de cellules de stockage 128, la nature des moyens de fixation, des moyens de réglage, des moyens antivols 123, des moyens d'isolation 124, des moyens de dissipation de chaleur 125 et des premiers moyens de connexion électrique 126 et des deuxièmes moyens de connexion électrique 127, tels que représentés sur les figures de façon à illustrer un exemple de réalisation de l'invention, ne sauraient être interprétés comme limitatifs.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Module de stockage d'énergie électrique (120) d'un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique, ledit module de stockage d'énergie électrique (120) étant caractérisé en ce qu'il est configuré pour être monté de manière amovible sur ledit dispositif (10).
- 2. Module de stockage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est configuré pour être intégré à un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique.
- 3. Module de stockage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour être monté sur la partie arrière d'un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique.
- 4. Module de stockage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de fixation (121a, 121b) par pincement, par blocage ou par encastrement sur un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique.
- 5. Module de stockage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une plaque sensiblement plane.
- 6. Module de stockage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 qu'il comprend des moyens d'isolation (124) permettant de le protéger des hautes et basses températures d'un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique sur lequel il est monté.
- 7. Dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique 30 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module de stockage d'énergie électrique (120) selon l'une des revendications précédentes.
- 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un onduleur (130) interne relié au module de stockage d'énergie électrique (120). 20 35
- 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de gestion (140) du module de stockage d'énergie électrique (120) configurée pour le protéger contre les décharges importantes, les court-circuits, les courants forts, les surtensions et les élévations de température excessives et/ou pour gérer le stockage et le déstockage d'énergie électrique par le module de stockage d'énergie électrique (120).
- 10. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite unité de gestion (140) comprend une sous-unité de communication (142) configurée pour piloter l'utilisation du module de stockage d'énergie électrique (120) et/ou pour vérifier l'état du module de stockage (120) à distance.
- 11. Système (1) comprenant un dispositif (10) de conversion d'énergie photovoltaïque en énergie électrique selon la revendication précédente et un terminal (20) configuré pour communiquer avec ladite sous-unité de communication (142) dans le but de contrôler l'unité de gestion (140).20
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