FR3028602A1 - Systeme de production d'eau chaude comprenant un champ photovoltaique alimentant de maniere optimisee la resistance d'une pluralite de ballons electriques de production d'eau chaude - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de production d'eau chaude (1) comprenant un champ photovoltaïque (CHP) constitué de cellules photovoltaïques (CP), les cellules photovoltaïques générant un courant continu (2) d'intensité variable en fonction du rayonnement solaire (R) et de la température (T) des cellules photovoltaïque, le courant continu étant dispensé à une pluralité de résistances individuelles (RI) installées dans des ballons électriques (B) de production d'eau chaude, les résistances individuelles (RI) étant connectées en réseau et constituant une résistance globale (RG), caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de contrôle (3) ; - des moyens de calcul (4) d'une résistance optimale (RO) ; - des moyens de pilotage (5) pour tendre à amener la résistance globale (RG) à la valeur de la résistance optimale (RO).

Description

1 Système de production d'eau chaude comprenant un champ photovoltaïque alimentant de manière optimisée la résistance d'une pluralité de ballons électriques de production d'eau chaude. Le domaine de l'invention est celui de la production d'eau chaude à partir d'énergie solaire. Plus précisément, l'invention concerne un système collectif de production d'eau chaude à partir d'un champ photovoltaïque et d'une pluralité de ballons électriques pourvu chacun d'une résistance individuelle. Suivant l'essor des besoins en énergie renouvelable, des 10 installations indépendantes de chauffage et/ou de production d'eau chaude sanitaire alimentées par des panneaux solaires ont vu le jour. Une première solution proposée par l'art antérieur consiste à réaliser des installations disposant de panneaux solaires thermiques. Ces panneaux solaires thermiques permettent de chauffer un fluide caloporteur qui est 15 ensuite acheminé dans un ballon d'eau. Dans le ballon d'eau, le fluide caloporteur transmet la chaleur accumulée à la réserve d'eau. Ce système a cependant pour défaut de nécessiter des ballons d'eau particuliers, conçus spécifiquement pour avoir un circuit capable de restituer la chaleur accumulée par un fluide caloporteur à la réserve d'eau à 20 réchauffer. Pour éviter d'avoir à utiliser de tels ballons d'eau, une autre solution proposée par l'art antérieur consiste à utiliser un ballon électrique classique de production d'eau chaude, utilisant une résistance électrique, et des panneaux solaires photovoltaïques. L'énergie solaire est ainsi transformée 25 sous forme d'électricité et est exploité sous cette forme pour alimenter la résistance du ballon d'eau utilisé. Cette solution a pour avantage de ne pas nécessiter de composants particuliers aux circuits de fluide caloporteur et ainsi permettre de mieux maîtriser les coûts de mise en oeuvre et d'entretien. Bien entendu, ce système est dépendant des performances 30 énergétiques des panneaux solaires utilisés. En particulier, les performances du champ photovoltaïque (ensemble de panneaux solaires) sont fonctions de la température de fonctionnement des cellules photovoltaïques (figure 1) 3028602 2 composant les panneaux solaires et du rayonnement solaire reçu par les cellules (figure 2). La figure 1 représente des courbes intensité-tension d'un panneau de 260 Wc d'un champ photovoltaïque selon différentes températures de 5 fonctionnement des cellules photovoltaïques (10V, 25V, 40V, 55V, 70V), ceci pour un même rayonnement solaire reçu ( 1000 W/m2). La figure 2 représente des courbes puissance-tension d'un panneau de 260 Wc d'un champ photovoltaïque selon différents rayonnements solaires reçu (1000, 800, 600, 400 et 200 W/m2), ceci pour une même 10 température de fonctionnement des cellules photovoltaïques (45V). Selon l'enseignement fourni par les courbes des figures 1 et 2, un champ photovoltaïque équivaut à un générateur de courant non linéaire ayant une puissance variable qui dépend au moins des deux facteurs précédemment cités. 15 De ce fait, les performances de cette solution peuvent se dégrader selon les conditions météorologiques. L'art antérieur a alors proposé d'optimiser une installation comprenant un champ photovoltaïque et un ballon d'eau chaude électrique en adjoignant un dispositif de poursuite du point de puissance maximale. 20 En effet, pour un ensoleillement et une température donnée, il existe un point de fonctionnement qui maximise la puissance générée par le champ photovoltaïque : le point de puissance maximale (ci-après désigné par MPP »). Ces MPP, qui peuvent être observés sur la figure 1 (MPP70t , MPP66'c , MPP40t MPP25'c MPP10t) et la figure 2 (MPPl000, MPP800, 25 MPP600, MPP400, MPP200) correspondent à une tension UMPP et une intensité IMPP- Ainsi, la production peut être optimisée en adaptant la tension de fonctionnement du champ photovoltaïque à la tension correspondant au MPP, qui est particulier à un ensoleillement et une température de 30 fonctionnement des cellules photovoltaïques. Ce type de dispositif existe en petite puissance (inférieure à 3 kWc) mais peut être complexe à mettre en oeuvre dans des installations collectives 3028602 3 d'un niveau de puissance plus élevé (entre 10 kWc et 100 kWc) alimentant plusieurs ballons d'eau chaude électriques. Un problème réside ainsi dans l'optimisation de la puissance des centrales photovoltaïques collectives alimentant plusieurs ballons électriques 5 de production d'eau chaude. L'invention a notamment pour objectif de pallier cet inconvénient de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer un système optimisé de production d'eau chaude à partir d'un champ photovoltaïque.

L'invention a également pour objectif de fournir un tel système de production d'eau chaude qui est fiable. L'invention a encore pour objectif de proposer un tel système dont les coûts de mise en oeuvre sont maitrisés. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un système de production d'eau chaude comprenant un champ photovoltaïque constitué de cellules photovoltaïques, les cellules photovoltaïques générant un courant continu d'intensité variable en fonction du rayonnement solaire R et de la température T des cellules photovoltaïque, le courant continu étant dispensé à une pluralité de résistances individuelles RI installées dans des ballons électriques de production d'eau chaude, les résistances individuelles RI étant connectées en réseau et constituant une résistance globale RG, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de contrôle aptes à mesurer le rayonnement solaire R et la température T des cellules photovoltaïque; des moyens de calcul d'une résistance optimale RO en fonction du rayonnement solaire R et de la température T des cellules photovoltaïques ; des moyens de pilotage destinés à piloter la connexion ou la déconnexion des résistances individuelles RI au réseau pour tendre à amener la résistance globale RG à la valeur de la résistance optimale RO.

3028602 4 Un tel système permet d'optimiser la production du champ photovoltaïque aux conditions d'ensoleillement et à la température des cellules photovoltaïque. Cette optimisation selon l'invention est réalisée non pas en adaptant 5 la tension de fonctionnement, comme suggéré par l'art antérieur au moyen d'un dispositif de poursuite du MPP à l'aide d'un convertisseur électrique, mais en considérant les résistances électriques des ballons d'eau non seulement comme des charges à alimenter (charge considérée comme résistive à 100%) mais aussi comme des composants électroniques pouvant 10 être connectés ou déconnectés pour adapter la charge du circuit au MPP du champ photovoltaïque et participant donc à la régulation du système. Ainsi et tel que ce sera expliqué plus précisément par la suite, la variation de la résistance globale de la charge permet d'adapter l'impédance entre le champ photovoltaïque (MPP particulier) et la charge.

15 Cette solution, simple de mise en oeuvre et fiable, permet d'éviter la difficulté de conception et les coûts relatifs d'un dispositif de poursuite du MPP pour une puissance de centrale située entre 10 kWc et 100 kWc. De plus, cette solution de production d'eau chaude collective permet l'utilisation de ballons électrique individuels qui sont des dispositifs 20 présentant des avantages non négligeables (disponibilité, coût, entretien...). En outre, en utilisant de tels ballons électriques, on évite l'installation, l'entretien et les risques de fuite d'un circuit d'acheminement d'un fluide caloporteur ou d'eau chaude produite dans une chaudière collective. Un système selon l'invention présente aussi l'avantage de ne pas 25 risquer de surchauffer. Il permet ainsi de ne pas être limité par ce risque dans la recherche d'un taux de couverture solaire plus important. De manière subsidiaire, l'invention ne présente pas de problématique d'équilibrage du réseau, permet une régulation et une gestion de l'énergie plus efficace que ce qui est proposé par l'art antérieur et propose des 30 performances avantageuses dans des situations intermédiaires (ballons tièdes, ensoleillement moyen, etc.).

3028602 5 Préférentiellement, les moyens de contrôle, les moyens de calcul et les moyens de pilotage sont commandés par une carte électronique incluant un microprocesseur programmé. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de pilotage 5 comprennent un système de gestion de priorité permettant d'ordonnancer, suivant une liste programmée et pondérée, la connexion et la déconnexion des résistances individuelles RI au réseau. Ainsi, des composants du réseau de faible importance (ballons électriques de production d'eau chaude d'un local technique par exemple) 10 peuvent être déconnectés du réseau de façon prioritaire, à la place d'un autre composant qui aurait une importance plus élevée (ballon d'eau situé dans une habitation par exemple). Cette programmation d'une liste de priorité peut prendre en compte des facteurs divers (énergie précédemment fournie à chaque ballon, plage horaire, débit moyen d'eau chaude, etc.).

15 De manière avantageuse, le système de gestion de priorité dispose d'un retour d'information sur les besoins énergétiques des ballons électriques de production d'eau chaude pour modifier la liste. De ce fait, la liste de priorité peut être modifiée de manière instantanée pour prendre en compte des besoins ponctuels non prévisibles.

20 Un tel retour d'information peut aussi permettre d'arrêter d'alimenter à un instant t un premier ballon d'eau électrique dont le contenu est arrivé à une température jugée suffisante. Ainsi, un second ballon d'eau non connecté avant cet instant t peut alors être connecté au réseau à la place du premier ballon.

25 Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens de pilotage pilotent la connexion ou la déconnexion des résistances individuelles en actionnant des contacteurs situés en amont de chaque résistance individuelles RI. L'invention a aussi pour objet un procédé de production d'eau 30 chaude mettant en oeuvre un système de production d'eau chaude tel que décrit précédemment, le procédé comprenant les étapes suivantes : 3028602 6 une étape de mesure par les moyens de contrôle du rayonnement solaire R et de la température T des cellules photovoltaïques ; une étape de calcul par les moyens de calcul d'une résistance 5 optimale RO en fonction du rayonnement solaire R et de la température T des cellules photovoltaïques ; - une étape de gestion des connexions des résistances individuelles RI au réseau pour tendre à amener la résistance globale RG à la valeur de la résistance optimale RO.

10 Avantageusement, le procédé comporte une étape d'ordonnancement des connexions et des déconnexions selon une liste programmée et pondérée. Le procédé peut ainsi permettre des connexions et des déconnexions des résistances individuelles du réseau de manière non- 15 aléatoire. Une différence peut ainsi être établie en fonction de l'usage des ballons électriques de production d'eau chaude. Préférentiellement, le procédé comprend une étape de mise à jour de la liste en fonction d'une règle d'équité prévoyant que les ballons reçoivent la même quantité d'énergie au prorata de leurs besoins théoriques.

20 Avantageusement, l'étape de mise à jour de la liste prend en compte un retour d'information sur les besoins énergétiques des ballons électriques de production d'eau chaude, une demande en eau chaude augmentant la priorité de connexion au réseau de la résistance individuelle du ballon d'eau en demande, et une absence de demande en eau chaude diminuant la 25 priorité de connexion au réseau de la résistance individuelle du ballon d'eau en absence de demande. De cette manière, la production d'eau chaude est optimisée en même temps que la répartition de cette production en fonction des besoins. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 30 plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 3028602 7 la figure 1 est un graphique répertoriant cinq courbes intensité-tension d'un panneau de 260 Wc d'un champ photovoltaïque selon différentes températures de fonctionnement des cellules photovoltaïques (10t, 25t, 40t, 55t, 70t), cec i avec un 5 même rayonnement solaire reçu (1000 W/m2) ; la figure 2 représente un graphique répertoriant cinq courbes puissance-tension d'un panneau de 260 Wc d'un champ photovoltaïque en fonction d'une tension de fonctionnement selon différents rayonnements solaires reçus (1000 W/m2, 800 10 W/m2, 600 W/m2, 400 W/m2 et 200 W/m2), ceci avec une même température de fonctionnement des cellules photovoltaïques (45`C) ; la figure 3 est une représentation schématique d'un système et d'un procédé selon l'invention ; 15 - la figure 4 est un graphique représentant le principe et les performances d'un système de production d'eau chaude selon l'invention. En référence à la figure 3, on décrit ci-après un système selon l'invention avec la nomenclature suivante : 20 CHP désigne un champ photovoltaïque ; - CP désigne une cellule photovoltaïque ; - A désigne un automate ; S désigne une source lumineuse ; B1, B2 et B3 désignent des ballons électriques de production 25 d'eau chaude ; Rli, RI2 et RI3 désignent les résistances individuelles des ballons électriques. Tel que cela apparaît sur la figure 3, un système de production d'eau chaude 1 selon l'invention comprend un champ photovoltaïque, une pluralité 30 de résistances individuelles RI installées dans des ballons électriques B de production d'eau chaude, des moyens de contrôle 3, des moyens de calcul 4 d'une résistance optimale « RO » et des moyens de pilotage 5.

3028602 8 Le champ photovoltaïque est constitué d'une pluralité de cellules photovoltaïques qui génèrent un courant continu 2 d'intensité variable à partir d'un rayonnement solaire « R » issu d'une source S (le soleil). Tel qu'on peut l'observer sur les figures 1 et 2, l'intensité (et donc la 5 puissance du courant continu) est variable en fonction du rayonnement solaire « R » reçu par les cellules et en fonction de la température « T » des cellules photovoltaïques en fonctionnement. Selon la figure 3, les résistances individuelles RI sont connectées en réseau et constituent une résistance globale « RG ». Ainsi, en connectant ou 10 déconnectant des résistances individuelles RI au réseau, on peut respectivement diminuer ou augmenter la résistance globale des charges (résistances RI) du circuit. Les moyens de contrôle 3 sont aptes à mesurer le rayonnement solaire « R » et la température « T » des cellules photovoltaïques CP.

15 Ces informations (« R » et « T ») sont transmises aux moyens de calcul 4 pour déterminer la résistance optimale RO. Cette résistance optimale permet d'obtenir théoriquement le plus de puissance possible du champ photovoltaïque selon les conditions d'ensoleillement « R » et de température « T » de fonctionnement des cellules photovoltaïques.

20 Enfin, les moyens de pilotage 5 sont destinés à piloter la connexion ou la déconnexion des résistances individuelles RI pour amener la résistance globale « RG » à la valeur de la résistance optimale « RO » calculée par les moyens de calcul 4. Cette connexion ou déconnexion des résistances individuelles est pilotée par les moyens de pilotage 5 en actionnant des 25 contacteurs 6 situés en amont de chaque résistance individuelle RI. Les moyens de contrôle 3, les moyens de calcul 4 et les moyens de pilotage 5 décris précédemment peuvent être commandés par une carte électronique incluant un microprocesseur programmé, par exemple et tel que représenté sur la figure 3, en prenant place à l'intérieur d'un automate A.

30 Un système de gestion de priorité 50 peut être intégré dans les moyens de pilotage 5 pour ordonnancer la connexion et la déconnexion des résistances individuelles RI au réseau (trier les résistances individuelles dans 3028602 9 un ordre précis pour une connexion/déconnexion au réseau). Cet ordonnancement des connexions est réalisé en suivant une liste programmée et pondérée. Par exemple selon la figure 3, si les moyens de calcul déterminent une 5 résistance optimale « RO » égale à une valeur correspondant à un total de deux résistances connectées en réseau, alors les moyens de pilotages connecteront ou déconnecteront, suivant la liste programmée et pondérée du système de gestion de priorité, les résistances individuelles RI au réseau pour que deux résistances soient finalement reliées au réseau. En 10 l'occurrence, en suivant la pondération « RI1 = +2 ; RI2 = +1 ; RI3 = -1 », les moyens de pilotage permettront la connexion des résistances individuelles RI1 et RI2 de manière prioritaire sur la résistance individuelle RI3 qui sera déconnectée du réseau. De ce fait, la résistance globale « RG » opposée au circuit par ses 15 charges est alors au plus près de la résistance optimale « RO ». Selon un mode de réalisation particulier et tel que représenté sur la figure 3, le système de gestion de priorité 50 peut disposer d'un retour d'information 51. De cette façon le système de gestion de priorité peut gérer plus précisément les besoins énergétiques des ballons électriques B1, B2 et 20 B3 de production d'eau chaude en modifiant la pondération de la liste programmée. Le procédé de production d'eau chaude mettant en oeuvre un système de production d'eau chaude précédemment décrit peut comprendre les étapes suivantes : 25 une étape de mesure par les moyens de contrôle du rayonnement solaire « R » et de la température « T » des cellules photovoltaïques ; une étape de calcul par les moyens de calcul d'une résistance optimale « RO » en fonction des mesures précédentes ; 30 une étape de mise à jour d'une liste d'une liste programmée et pondérée en fonction d'une règle d'équité et/ou d'un retour 3028602 10 d'information sur les besoins énergétiques des ballons électriques de production d'eau chaude ; une étape d'ordonnancement des connexions et des déconnexions en suivant la liste programmée et pondérée ; 5 une étape de gestion des connexions des résistances individuelles RI au réseau pour tendre à amener la résistance globale « RG » à la valeur de la résistance optimale « RO » ; Par exemple, une demande en eau chaude augmente la priorité de connexion au réseau de la résistance individuelle du ballon d'eau en 10 demande, et une absence de demande en eau chaude diminue la priorité de connexion au réseau de la résistance individuelle du ballon d'eau en absence de demande. Le graphique de la figure 4 permet d'illustrer le principe du dispositif et du procédé selon l'invention.

15 On retrouve deux courbes de performances : C1000 correspondant à un rayonnement solaire « R » égal à 1000 W/m2 ; C600 correspondant à un rayonnement solaire « R » égal à 600 W/m2.

20 La droite D35 représente la résistance générale « RG » exercée par trente-cinq résistances individuelles RI installées dans trente-cinq ballons électriques de production d'eau chaude. On peut observer que : la droite D35 croise la courbe C1000 à proximité du MPP1000/35 de cette courbe ; 25 la droite D35 croise la courbe C600 à un point de fonctionnement X très dégradé (environ -30% en performances). La droite D21 représente la résistance générale « RG » exercée par vingt-et-une résistances individuelles RI installées dans vingt-et-un ballons électriques de production d'eau chaude. On peut observer que : 30 - la droite D21 croise la courbe Cl000 à un point de fonctionnement Y dégradé ; 3028602 11 - la droite D21 croise la courbe C600 à proximité du MPP600/21 de cette courbe. Comme on peut le constater, l'invention permet de faire varier le nombre de résistances RI connectées au réseau pour modifier la résistance 5 globale « RG » en fonction des paramètres du champ photovoltaïque. Par exemple et en suivant la figure 4, si le rayonnement solaire « R » passe de 1000 W/m2 à 600 W/m2, l'invention permet de déconnecter quatorze résistances individuelles RI pour faire correspondre la nouvelle résistance globale « RG » à la résistance optimale « RO » correspondant au 10 nouveau rayonnement solaire, soit de passer de la résistance globale représentée par la droite D35 à celle représentée par la droite D21. Une correction des caractéristiques du champ photovoltaïque en fonction de la température « T » est également appliquée. Ainsi, l'invention permet de faire fonctionner le champ photovoltaïque 15 au plus près de son MPP en adaptant la résistance globale des charges à chaque pas de temps. Un mode de réalisation préférentiel du fonctionnement du système de production d'eau chaude est décrit ci-après. Dans un premier temps, plusieurs paramètres sont déterminés : 20 tableaux des Umpp et des Impp du champ photovoltaïque pour différents ensoleillements (Tab_U et Tab_1) ; tableau des conductances électrique de chaque circuit alimenté (GAppt_i) ; tableau des coefficients de pondération de l'énergie des 25 appartements en fonction de la taille des appartements (CAppt_i). Les tableaux des Umpp et des Impp du champ photovoltaïque pour différents ensoleillements peuvent être générés soit à partir de la fiche technique des panneaux, soit pour plus de précisions en suivant le procédé 30 suivant : mesure à l'aide d'un testeur IV des courbes IV de chaque branche de panneaux ; 3028602 12 modélisation du champ photovoltaïque complet réellement mesuré à l'aide d'un logiciel de simulation d'un système utilisant des panneaux photovoltaïques, par exemple un logiciel du type de celui commercialisé sous le nom de PVsyst (marque 5 déposée) ; exportation des données Umpp et Impp du champ modélisé pour différents ensoleillements. Une troisième méthode pour déterminer ces tableaux des Umpp et Impp est par apprentissage direct du système : on enregistre le 10 fonctionnement du champ photovoltaïque en connectant les charges de manière progressive afin de déterminer de manière expérimentale les MPP à plusieurs ensoleillements et températures données. L'avantage de cette méthode est de prendre en compte les mesures réelles « R » et « T » pour déterminer ces tableaux par les mêmes capteurs que ceux utiliser 15 ultérieurement pour la régulation. La précision est donc accrue. Pour une meilleure précision, le tableau GAppt_i peut être réalisé en mesurant directement les résistances des circuits plutôt que d'utiliser les fiches techniques des ballons. Le tableau CAppt_i est déterminé à partir des besoins théoriques par 20 typologie d'appartement. Il servira à déterminer les priorités des appartements suivant la règle d'équité. Deux paramètres supplémentaires sont pris en considération : t (période en fin de laquelle les états des contacteurs des appartements sont mis à jour) ; 25 T (période en fin de laquelle les priorités des appartements sont remises à zéro). Ces paramètres sont arbitrairement fixés à t = 15 min et T = 2 jours. Ensuite, les mesures suivantes sont effectuées : ensoleillement reçu dans le plan des panneaux (E(t)) ; 30 température des panneaux (TPan(t)) ; tension du champ photovoltaïque (U(t)) ; intensité totale fournie par le champ photovoltaïque (1(t)).

3028602 13 Les paramètres et les mesures précédemment décrites sont utilisés pour les étapes suivantes : - détermination de la conductance cible à t+1 (G_Cible) ; - détermination des priorités ; 5 action sur les contacteurs. La conductance cible à t+1 (G_Cible) est nécessaire afin de savoir combien d'appartements il faut connecter. L'adaptation d'impédance revient à mettre en place les conditions pour que pendant la période t+1, on ait : Gcumulf G_Cible, avec Gcumulf = Somme des GAppt_i connectés.

10 Ainsi, la conductance du réseau des charges (les résistances des ballons) doit être égale à la conductance cible du champ photovoltaïque permettant de fonctionner au point MPP. Ceci se fait en fonction des sous étapes suivantes : - estimation de l'ensoleillement au pas de temps suivant 15 (E0_Cible) ; - estimation de la conductance au pas de temps suivant (G_Cible). Le système doit éviter de solliciter trop souvent les contacteurs qui alimentent les départs vers les appartements. En effet, il faut limiter l'usure 20 des contacteurs, ce qui est dépendant du nombre de changement d'état et il faut permettre aux appartements de recevoir une énergie significative une fois connectés pour chauffer le ballon d'eau. Ainsi l'adaptation d'impédance ne se fait pas en temps réel. Selon les paramètres du présent mode de réalisation, une 25 modification des états des contacteurs est autorisée toutes les 15 minutes (en fin de période t). Ce temps est modifiable mais un temps entre 10min et 30min permet un compromis convenable entre les contraintes exprimées ci-dessus et un pas de temps plus court qui favoriserait l'équité entre les appartements.

30 Ainsi, le futur ensoleillement au pas de temps suivant (t+1) doit être estimé puisque la conductance cible (G_Cible) est calculée à partir de E0_Cible. E0_Cible doit donc être relativement précis.

3028602 14 Le module d'estimation de l'ensoleillement à t+1 peut être plus ou moins complexe. Selon le présent mode de réalisation le système réalise cette opération en analysant l'évolution de l'ensoleillement sur la période t. Il s'agit 5 d'un modèle autorégressif paramétrique AR(3). On définit alors : E_t_i : Ensoleillement moyen reçu pendant la sous-période INITIALE d'une durée de t/3 de la période t ; soit dans notre cas, les 5 premières minutes de la période t ; E_t_f : Ensoleillement moyen reçu pendant la sous-période 10 FINALE d'une durée de t/3 de la période t ; soit dans notre cas, les 5 dernières minutes de la période t ; E_t_m : Ensoleillement moyen reçu pendant la sous-période MEDIANE d'une durée de t/3 de la période t ; soit dans notre cas, les 5 dernières minutes au milieu de la période t ; 15 avec : Alpha_i / Alpha_f / Alpha_m : coefficients de pondération, déterminés de manière empirique ; E0_Cible : Ensoleillement moyen estimé pour toute la période t+1.

20 On obtient alors : E0_Cible = Alpha_i x E_t_i + Alpha_m x E_t_m + Alpha_f x Etf Afin d'affiner les paramètres Alpha, l'erreur quadratique normalisée (NRMSE) et l'erreur moyenne normalisée (NMBE) de la prédiction E0_Cible 25 sont calculées à posteriori. Le présent mode de réalisation permet de mettre en oeuvre un modèle simpliste de prédiction à court terme de l'ensoleillement. Celui-ci est toutefois suffisant étant donné le pas de temps t très court. Toutefois, dans d'autres modes de réalisation, il est possible d'implémenter des modèles de 30 prévisions plus sophistiqués, notamment avec prise en compte des indices de ciel clair ou par un modèle autorégressif à moyenne mobile (ARMA) avec utilisation d'un filtre de Kalman par exemple.

3028602 15 Les indices de ciel clair consistent en des modélisations de la course du soleil et de l'ensoleillement qu'il procure. Ces indices sont pertinents pour des pas de temps très courts et forment ainsi un mode de prédiction de l'ensoleillement particulièrement adapté pour l'invention.

5 La sous-étape d'estimation de la conductance au pas de temps suivant (G_Cible) sur laquelle le champ photovoltaïque doit fonctionner est décrite ci-après. Dans un premier temps, les valeurs U_Cible et I_Cible (tension et intensité MPP du champ photovoltaïque au temps t+1) corrigées de la 10 température des panneaux sont déterminées de la manière suivante : - U_Cible = Tab_U[E0_Cible] + (TPan-25) x U_DT ; I_Cible = Tab_1[E0_Cible] + (TPan-25) x I_DT; avec : U_DT (coefficient de variation de la tension des panneaux 15 suivant la température) ; I_DT (coefficient de variation de l'intensité des panneaux suivant la température) ; puis selon la formule : - G_Cible = I_Cible / U_Cible.

20 La correction selon la température est calculée au moyen de la température des panneaux en fin de période t et non sur une température estimée à t+1. Cette simplification est permise du fait de la relativement faible influence de la température (par rapport à l'influence de l'ensoleillement) sur les caractéristiques fonctionnelles du champ 25 photovoltaïque. Ainsi, la valeur de G_Cible a été déterminée et permet au système de sélectionner les résistances des ballons des appartements à connecter pour la période t+1. L'étape de gestion des priorités est décrite ci-après.

30 Afin de choisir les résistances des ballons des appartements à connecter le programme va classer à la fin de la période t les appartements 3028602 16 par ordre de priorité en fonction de l'énergie reçue aux différentes périodes précédentes. Ces énergies sont mises à zéro après une durée T. Selon le paramètre du présent mode de réalisation, T = 2 jours. Ainsi la règle d'équité définie permet à chaque appartement de 5 recevoir la même quantité d'énergie (modulée par la taille de l'apparemment en suivant ses besoins théoriques : un F4 reçoit plus d'énergie qu'un F1) à chaque période T. Cette différenciation des appartements se fait par le tableau CAppt_i. Dans une recherche de simplification, le système n'est pas équipé 10 pour mesurer le courant réellement injecté dans chaque appartement. L'énergie fournie aux appartements est déterminée d'une manière indirecte au moyen des formules suivantes : - EAppt_i = ETAT_i x (GAppt_i/Gcumulf) x E_Prod; - E_Prod = INTEGRALE (U(t) x 1(t)) sur la période t ; 15 avec : EApp_i (Energie reçue par l'appartement i durant la période t) ; ETAT_i (Etat du contacteur qui alimente l'appartement i (0 pour ouvert ou 1 pour fermé) pendant la période t) ; GAppt_i (Conductance du réseau de l'appartement i) ; 20 - Gcumulf (Somme des conductances des appartements connectés pendant la période t) ; - E_Prod (Energie produite par le champ photovoltaïque sur la période t) ; et de la formule suivante : 25 - EAppt_norm_i = EAppt_i x CAppt_i avec : EAppt_norm_i (Energie normalisée reçue par l'appartement i durant la période t ; EAppt_norm_i est mis à zéro à chaque début de période T).

30 Ces énergies sont théoriques car elles ne tiennent pas compte de l'état des thermostats situés dans les ballons dans les appartements. En effet, un appartement peut être connecté mais son ballon étant déjà chaud 3028602 17 (pour une sous-consommation liée à une vacance par exemple) son thermostat sera ouvert. Son énergie réellement reçu sera donc nulle mais ceci n'est pas pris en compte par le système. Toutefois ceci n'est pas gênant puisque la règle d'équité autorise cet appartement à recevoir de l'énergie 5 indépendamment des consommations en eau chaude de ses occupants. De manière préférentielle, les consommations réelles des appartements ne sont pas mesurées pour éviter de favoriser les surconsommations d'eau chaude. C'est ainsi que pour la première période t en début de période T, les priorités des appartements sont définies de manière aléatoire. Puis, à 10 chaque fin de période t, les priorités des appartements sont mises à jour par ordre croissant de EAppt_norm_i. Ainsi l'appartement le plus prioritaire sera celui ayant reçu le moins d'énergie (normalisée) depuis le début de la période T jusqu'à la fin de la période t en cours. Il sera donc le premier à être connecté en début de 15 période t+1. En fin de période t, l'étape d'action sur les contacteurs permet de modifier leur état selon les priorités définies précédemment jusqu'à ce que la somme des conductances des appartements connectés (Gcumulf(t+1)) atteigne la conductance cible G_Cible.

20 Selon d'autres modes de réalisation du système selon l'invention : l'estimation de l'ensoleillement cible E0_Cible peut être réalisé par des algorithmes plus évolués (ARMA, ...) ; une estimation de la température des Panneaux Cible à t+1 plus précise peut être mise en place ; 25 l'énergie exacte fournie aux appartements peut être mesurée ; le calcul de Gcumulf peut prendre en compte les états des thermostats dans les appartements. Le système en plus de ses fonctions de régulation peut mémoriser les données par un système de télégestion.

30 Les données conservées avec un pas de temps t sont les suivantes : ensoleillement mesuré dans le plan des panneaux (E) ; ensoleillement prévisionnel (E0_Cible) ; 3028602 18 température des panneaux (TPan) ; tension du champ photovoltaïque (U) ; intensité totale fournie par le champ photovoltaïque (I) ; énergie produite par les panneaux (E_Prod) ; 5 énergie fournie à chaque appartement i (EAppt_i) ; états des contacteurs alimentant chaque ballon. Ces données peuvent permettre de réaliser une analyse plus approfondie du fonctionnement du système. 10

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Système de production d'eau chaude (1) comprenant un champ photovoltaïque (CHP) constitué de cellules photovoltaïques (CP), les cellules photovoltaïques générant un courant continu (2) d'intensité variable en fonction du rayonnement solaire (R) et de la température (T) des cellules photovoltaïque, le courant continu étant dispensé à une pluralité de résistances individuelles (RI) installées dans des ballons électriques (B) de production d'eau chaude, les résistances individuelles (RI) étant connectées en réseau et constituant une résistance globale (RG), caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de contrôle (3) aptes à mesurer le rayonnement solaire (R) et la température (T) des cellules photovoltaïque; des moyens de calcul (4) d'une résistance optimale (RO) en fonction du rayonnement solaire (R) et de la température (T) des cellules photovoltaïques ; des moyens de pilotage (5) destinés à piloter la connexion ou la déconnexion des résistances individuelles (RI) au réseau pour tendre à amener la résistance globale (RG) à la valeur de la résistance optimale (RO).
2. 2. Système de production d'eau chaude selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle, les moyens de calcul et les moyens de pilotage sont commandés par une carte électronique incluant un microprocesseur programmé.
3. 3. Système de production d'eau chaude selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de pilotage (5) comprennent un système de gestion de priorité (50) permettant d'ordonnancer, suivant une liste programmée et pondérée, 3028602 20 la connexion et la déconnexion des résistances individuelles (RI) au réseau.
4. 4. Système de production d'eau chaude selon la revendication 3, 5 caractérisé en ce que le système de gestion de priorité (50) dispose d'un retour d'information (51) sur les besoins énergétiques des ballons électriques de production d'eau chaude pour modifier la liste.
5. 5. Système de production d'eau chaude selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de pilotages pilotent la connexion ou la déconnexion des résistances individuelles en actionnant des contacteurs (6) situés en amont de chaque résistance individuelles (RI). 15
6. 6. Procédé de production d'eau chaude mettant en oeuvre un système de production d'eau chaude (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : une étape de mesure par les moyens de contrôle du rayonnement solaire (R) et de la température (T) des cellules 20 photovoltaïques ; une étape de calcul par les moyens de calcul d'une résistance optimale (RO) en fonction du rayonnement solaire (R) et de la température (T) des cellules photovoltaïques ; une étape de gestion des connexions des résistances 25 individuelles (RI) au réseau pour tendre à amener la résistance globale (RG) à la valeur de la résistance optimale (RO).
7. 7. Procédé de production d'eau chaude selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'ordonnancement des 30 connexions et des déconnexions selon une liste programmée et pondérée. 3028602 21
8. 8. Procédé de production d'eau chaude selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise à jour de la liste en fonction d'une règle d'équité prévoyant que les ballons reçoivent la même quantité d'énergie au prorata de leurs besoins théoriques et/ou 5 d'un retour d'information sur les besoins énergétiques des ballons électriques de production d'eau chaude, une demande en eau chaude augmentant la priorité de connexion au réseau de la résistance individuelle du ballon d'eau en demande, et une absence de demande en eau chaude diminuant la priorité de connexion au réseau de la 10 résistance individuelle du ballon d'eau en absence de demande.