FR3078450A1 - Ensemble hybride eolien-photovoltaique de production d'energie non intermittente, pouvant supporter les cyclones - Google Patents

Ensemble hybride eolien-photovoltaique de production d'energie non intermittente, pouvant supporter les cyclones Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif modulaire hybride éolien et photovoltaïque comprenant une ou plusieurs hélices (3, 4), une carapace d'autoprotection (1, 2, 11 15) régulant l'entrée du vent (17) ou l'exposition au soleil (16), un arbre (4) entraînant sélectivement un alternateur (5) ou un moyen de compression (7) via un embrayage (6), alimentant une cuve de stockage d'air comprimé (8). Le dispositif est également doté d'un coffret de commande et de régulation (20), d'un moteur-frein pneumatique (7) actionnant l'alternateur à la demande à partir du stocke d'air comprimé, d'une cuve de stockage du fluide de refroidissement des panneaux photovoltaïques (11). L'ensemble constitue un dispositif de production, de stockage d'énergie renouvelable, pouvant soutenir les effets cycloniques, permettant la fourniture d'électricité à la demande. L'invention se décline en unité modulaire, fixe ou démontable, individuelle ou assemblées de plusieurs modules et des composantes fonctionnelles associées, terrestre ou maritime, de moyenne à forte puissance électrique.

Description

DESCRIPTION
Le domaine technique de l’invention concerne un ensemble hybride éolien à axe vertical et photovoltaïque de production, de stockage et de distribution non intermittente d’énergie à puissance variable (Figures A et B). Les éoliennes, tout comme les panneaux solaires, produisent de l’énergie intermittente, avec un stockage classiquement sur batterie, qui implique des contraintes liées à leur renouvellement et leur recyclage. Par ailleurs, lors de forts vents, les éoliennes nécessitent habituellement des interventions pour mise en sécurité (mise en drapeau des pâles, voir abaissement du mât). L’invention concerne en particulier un dispositif compact capable de gérer deux ressources que sont le vent et rayonnement solaire afin de produire une quantité d’énergie de base, de la stocker sous forme d’air comprimé pour permettre la production d’électricité à la demande, dans la limite du stock d’énergie disponible. Un premier ensemble de dispositifs transforme l’énergie du vent en électricité (3, 4, 5) ou, à la demande et pilotée par une armoire de commande (19), en fluide comprimé à stocker (3, 4, 5, 6, 7, 8). En complément, un dispositif de production d’électricité à partir de fluide comprimé (21, 19, 15, 16, 17, 18) permet de répondre aux variations de la demande d’énergie.
Le sous-ensemble éolien est conçu pour permettre le passage actif du vent traversant horizontalement dans un sens (17) ou dans le sens opposé, sans perte d’efficacité, les hélices et parties entraînées par elles, tournant toujours dans un même sens.
1) Le sous-ensemble éolien est composé d’une ou plusieurs hélices, contrarotatives ou non, permettant un assemblage et un démontage rapides et précis, tout en garantissant une continuité de liaison fonctionnelle entre l’axe (4), l’alternateur (5), l’embrayage (6), le compresseur-frein (7) et la structure support (11, 15). Les hélices peuvent être de type vertical ou horizontal, différentes (Savonius, Darrieus, Hélicoïdal...), au nombre de pâles ou d’aubes supérieur à deux. Les formes constructives de l’ensemble (1, 4, 11, 15) favorisent l’accélération des vents faibles au contact de l’hélice (3) par effet venturi.
La régulation de la vitesse de rotation du sous ensemble éolien se fait par l’ouverture ou la fermeture des déflecteurs (1, 14), actionnés en rotation autour des axes (10) par les vérins (13) ou un système équivalent. En cas d’urgence ou pour la maintenance, un système de frein mécanique de type frein à disque, à tambour ou système équivalent (12), commandé électriquement et avec verrouillage manuel, peut stopper la rotation du sous-ensemble éolien. Le sous-ensemble solaire comprend des surfaces couvertes de cellules photovoltaïques mobiles (1) et fixes (2), refroidies en sous-face (14) par la circulation d’un fluide caloporteur, pour un meilleur rendement énergétique des cellules photovoltaïques. La chaleur accumulée dans la cuve de stockage (11) est une ressource mobilisable pour différents besoins externes au dispositif : climatisation, eau-chaude sanitaire, dégivrage, maintien hors gel... Pour une efficacité supérieure d’environ 30% aux panneaux fixes, de grandes surface ont été rendues mobiles (1) afin de pouvoir suivre la course du soleil et offrir la meilleure exposition possible aux cellules photovoltaïques.
Un système expert, intégré au coffret de commande (20), pilote soit la poursuite du soleil, soit l’ouverture ou la fermeture des surfaces d’engouffrement du vent dans l’ensemble éolien, selon la meilleure productivité calculée sur la base des données recueillis par la mini station météo (21) du site.
Selon les besoins énergie et les ressources mobilisables dans l’environnement du dispositif, les ensembles modulaires hybrides éoliens et photovoltaïques, peuvent être assemblés bout à bout afin de former des dispositifs plus puissants en production d’énergie renouvelable. Ces assemblages peuvent être fixés sur une ou plusieurs structures porteuses, formant ainsi un ensemble cohérent au pilotage centralisé pour alimenter en électricité différents types de bâtiments ou usages isolés. Les réseaux de fluide, d’énergie électrique et de commande sont alors interconnectés entre chaque module.
Afin que les vibrations résiduelles des parties du dispositif en mouvement ou sous l’effet de vents forts, ne soient pas transmises au bâti support, les fixations par boulonnage (22) peuvent être complétées par une semelle antivibratile (23) ou des patins souples aux fonctions équivalentes.
Le coffret de commande intégré au module ou déporté pour la gestion de plusieurs modules, est pourvu d’une unité de calcul paramétré avec actions type selon les données recueillies de l’environnement. Ces actions préprogrammées peuvent être complétées éventuellement par une télégestion sécurisée filaire ou hertzienne.
Brève présentation des figures
Figure A : Vue en perspective de 2 modules hybrides
Figure B : Vue de profil de 2 modules et différentes positions des panneaux articulés
LÉGENDE (Figures A et B) :
Déflecteur - panneau solaire, ouvert
Panneau solaire fixe
Hélice (ici Savonius)
Axe tambour d’hélice
Alternateur
Embrayage
Compresseur
Cuve d’air comprimé
Axe pivot de panneau solaire
Conduite Entrée-sortie de fluide caloporteur
Cuve de fluide
Frein d’hélice
Vérin de manœuvre
Sous-face échangeur thermique
Châssis support
Rayonnement solaire
Vent traversant
Panneau solaire fermé
Réseaux de raccordement
Coffret de commande
21 Mini station météo
22 Boulonnage
100 23 Semelle antivibratile

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1) Dispositif hybride éolien et solaire de production d’énergie non intermittente pouvant soutenir les effets cycloniques, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif sélectif de transformation de l’énergie du vent en électricité (3, 4, 5) ou en fluide comprimé à stocker (6, 7, 8), un dispositif de production d’électricité à la demande à partir de fluide comprimé (6, 7) correspond au sous-ensemble éolien définit par la suite des revendications et un dispositif de production d’électricité à partir du rayonnement solaire (1, 2) correspond au sous-ensemble photovoltaïque définit par la suite des revendications, refroidi en sous-face (14), le tout constituant un ensemble cohérent capable de répondre aux besoins d’énergie électrique continus, de faible ou moyenne puissance comme aux demandes variables de plus forte puissance.
  2. 2) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1] caractérisé en ce que le sousensemble éolien est composée d’une ou plusieurs hélices, contrarotative ou non (3, 6), pouvant être protégé des vents cycloniques par la fermeture commandée de panneaux déflecteurs (1, 14) mus par des vérins (13) ou systèmes actionneurs équivalents, qui favorisent également l’accélération des vents faibles au contact de l’hélice par effet venturi.
  3. 3) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1 et 2], caractérisé en ce que, le sous ensemble éolien permet le passage actif du vent traversant horizontalement dans un sens (17) ou dans le sens opposé, sans perte d’efficacité, les parties mobiles (4, 5, 6, 7) entraînées par les hélices, tournant elles, toujours dans un même sens.
  4. 4) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1 et 2], caractérisé en ce que, les hélices et parties en rotation, peuvent être freinées ou bloquées par un dispositif mécanique, de type frein à disque, à tambour ou système équivalent (12), commandé électriquement et pouvant être verrouillé manuellement.
  5. 5) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1], caractérisé en ce que le sousensemble photovoltaïque comprend des panneaux mobiles couverts de cellules pouvant pivoter selon les axes (10) afin de suivre la course du soleil et augmenter leur productivité, complétés si nécessaire par des panneaux fixes (2).
  6. 6) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [5], caractérisé en ce que les panneaux photovoltaïques sont pourvues en sous-faces d’un circuit de refroidissement (10, 19) dans lequel circule un fluide caloporteur stocké dans une cuve (11) et représentant une ressource potentielle pour des fonctionnalités complémentaires externes : climatisation, eau-chaude sanitaire, dégivrage, maintien hors gel...
  7. 7) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1, 2, 5 et 6], caractérisé en ce que les ensembles modulaires hybrides éolien et photovoltaïques peuvent être assemblés bout à bout afin de former des dispositifs plus puissants en production d’énergie renouvelable, avec fixation par le biais de système de boulonnage (22) ou équivalent des châssis support (15) sur une structure porteuse de destination d’usage et raccordement en continuité des réseaux (10,19).
  8. 8) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [7], caractérisé en ce que les ensembles modulaires hybrides éolien et photovoltaïques peuvent être isolés du support bâti récepteur auxquels ils sont fixés par le boulonnage (22) par le biais de semelles antivibratiles (23) ou de patins équivalents afin ne pas transmettre de vibrations résiduelles.
  9. 9) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1, 2, 5, 6 et 7], caractérisé en ce que les ensembles modulaires hybrides éolien et photovoltaïques sont équipés d’une mini station météorologique (21) donnant instantanément les informations relevées au système expert du coffret de commande (20) pour un pilotage efficient de la production d’énergie et la gestion du stock.
  10. 10) Dispositif selon l’une quelconque des revendications [1, 2, 5, 6 et 7], caractérisé en ce que le ou les ensembles modulaires hybrides éolien et photovoltaïques sont équipés d’un coffret de commande interne (20) ou déporté, intégrant une unité de calcul paramétré avec actions types selon les données recueillies de l’environnement, complété éventuellement par une télégestion sécurisée.
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