FR3142054A1 - Equipement de production photovoltaïque - Google Patents

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David Matrat
Benjamin VIE
Samyra-Angela AYOUKA
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TotalEnergies Onetech SAS
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TotalEnergies Onetech SAS
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Abstract

Equipement de production photovoltaïque La présente invention concerne un équipement de production photovoltaïque (1) comprenant : un point de livraison (3) relié électriquement à un réseau de distribution d’électricité (4) et comprenant un premier compteur (3a) configuré pour mesurer une puissance électrique échangée entre l’équipement de production photovoltaïque (1) et le réseau de distribution d’électricité (4),un dispositif de production électrique (5) relié électriquement au point de livraison (3) et comprenant au moins un module photovoltaïque (9) configuré pour produire une puissance électrique,un dispositif de charge (15) reliée électriquement au dispositif de production électrique (5) et au point de livraison (3) et comprenant au moins une borne de recharge électrique (17), le dispositif de production électrique (5) étant configuré pour alimenter le dispositif de charge (15) et/ou pour injecter une puissance électrique vers le réseau de distribution d’électricité (4) via le point de livraison (3), le dispositif de charge (15) comprenant également au moins un deuxième compteur (19a) configuré pour mesurer une puissance électrique échangée via la, au moins une, borne de recharge électrique (17). Fig.1

Description

Equipement de production photovoltaïque
La présente invention concerne un équipement de production photovoltaïque et plus particulièrement un équipement de production électrique comprenant une borne de recharge électrique permettant de recharger des batteries de véhicules électriques.
Le nombre croissant de véhicules électriques requiert également un nombre croissant de bornes de recharge notamment sur les lieux de travail des personnes puisque les véhicules électriques sont le plus souvent utilisés pour effectuer le trajet domicile-travail.
Par ailleurs, il convient également de développer les énergies renouvelables afin d’assurer un approvisionnement en électricité pour ces véhicules dont l’impact environnemental est limité.
A cet effet, l’utilisation de l’énergie photovoltaïque pour alimenter les bornes de recharge semble une solution intéressante.
Cependant, jusque récemment, il n’était pas possible à partir d’un module photovoltaïque d’alimenter, à la fois une borne de recharge directement et de réinjecter une partie de l’énergie produite sur le réseau de distribution. En effet, dans l’art antérieur, l’énergie électrique fournie par le module photovoltaïque soit alimentait uniquement la borne de recharge, soit était réinjectée en totalité sur le réseau de distribution, les bornes de recharge étant alors alimentées par le réseau de distribution. Cette dernière configuration requérait donc deux points de livraison.
Il est désormais autorisé par la législation d’alimenter directement une borne de recharge par un module photovoltaïque et de réinjecter l’électricité produite restante dans le réseau via un point de livraison.
Toutefois, la gestion des modules photovoltaïques d’une part et des bornes de recharge d’autre part peut être réalisée par des entités différentes, le réseau étant généralement géré par une troisième entité.
Il convient alors de pouvoir déterminer les quantités d’énergie électrique produites par les modules photovoltaïques d’une part, consommées par les bornes électriques d’autre part et échangées avec le réseau pour permettre aux différentes entités de facturer leur service en fonction des quantités d’électricité produites ou consommées.
A cet effet, l’invention a pour objet un équipement de production photovoltaïque comprenant :
- un point de livraison relié électriquement à un réseau de distribution d’électricité et comprenant un premier compteur configuré pour mesurer une puissance électrique échangée entre l’équipement de production photovoltaïque et le réseau de distribution d’électricité,
- un dispositif de production électrique relié électriquement au point de livraison et comprenant au moins un module photovoltaïque configuré pour produire une puissance électrique,
- un dispositif de charge reliée électriquement au dispositif de production électrique et au point de livraison et comprenant au moins une borne de recharge électrique,
le dispositif de production électrique étant configuré pour alimenter le dispositif de charge et/ou pour injecter une puissance électrique vers le réseau de distribution d’électricité via le point de livraison,
le dispositif de charge comprenant également au moins un deuxième compteur configuré pour mesurer une puissance électrique échangée via la, au moins une, borne de recharge électrique.
Les premier et deuxième compteurs permettent de déterminer les puissances électriques échangées avec le réseau de distribution d’électricité et les puissances électriques échangées par le dispositif de charge et ainsi de déduire les puissances électriques produites par le dispositif de production électrique de manière à pouvoir déterminer les puissances produites ou consommées par le réseau de distribution et les différents éléments de l’équipement de production photovoltaïque qui peuvent être gérés par différentes entités.
Selon un autre aspect de la présente invention, une puissance électrique est associée à chaque borne de recharge électrique et le nombre de deuxièmes compteurs est déterminé en fonction de la capacité des deuxièmes compteurs et des puissances des bornes de recharge électrique.
Selon un autre aspect de la présente invention, les premier et deuxième compteurs sont des compteurs communicants propriété du gestionnaire de réseau public de distribution configurés pour communiquer avec un serveur distant et pour transmettre les relevés de puissance électrique mesurée vers le serveur distant.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’équipement de production photovoltaïque comprend également une unité de stockage électrique reliée électriquement au point de livraison, au dispositif de production électrique et au dispositif de charge.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’équipement de production photovoltaïque comprend également une unité de commande et de pilotage de l’énergie et de la puissance configurée pour pilotée les échanges de puissance électrique entre le point de livraison, le dispositif de production électrique, le dispositif de charge et l’unité de stockage électrique.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’unité de stockage électrique est configurée pour stocker la puissance électrique produite par le dispositif de production électrique et/ou pour alimenter le dispositif de charge et/ou pour injecter une puissance électrique vers le réseau de distribution d’électricité via le point de livraison.
Selon un autre aspect de la présente invention, la, au moins une, borne de recharge est destinée à la recharge de véhicules électriques.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’équipement de production photovoltaïque comprend au moins une place de stationnement à laquelle est associée la borne de recharge électrique.
Selon un autre aspect de la présente invention, le, au moins un, module photovoltaïque du dispositif de production électrique est disposé sur une ombrière disposée au-dessus de la, au moins une, place de stationnement.
Selon un autre aspect de la présente invention, l’équipement de production photovoltaïque est configuré pour permettre un transfert de puissance électrique entre les bornes de recharge électrique et le réseau de distribution d’électricité via le point de livraison pour réinjecter une puissance électrique issue de véhicules automobiles reliés électriquement aux bornes de charge dans le réseau de distribution d’électricité.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
représente un schéma d’un équipement de production photovoltaïque selon un premier mode de réalisation de la présente invention ;
représente un schéma des équipements électriques d’un équipement de production photovoltaïque selon la présente invention ;
représente un graphique des courbes de puissance instantanées associées respectivement à la puissance fournie par un dispositif de production électrique, à la puissance consommée par des bornes de recharge et à la puissance réinjectée sur le réseau de distribution d’électricité ;
représente un schéma d’un équipement de production photovoltaïque selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention.
Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
La représente un premier mode de réalisation d’un équipement de production photovoltaïque 1 selon la présente invention.
L’équipement de production photovoltaïque 1 comprend un point de livraison 3, généralement nommé PDL, relié électriquement à un réseau de distribution d’électricité 4, notamment un réseau public. Le point de livraison 3 représente l’interface entre l’équipement de production photovoltaïque 1 et le réseau de distribution d’électricité 4. Le point de livraison 3 comprend notamment un premier compteur 3a configuré pour mesurer une puissance électrique échangée entre l’équipement de production photovoltaïque 1 et le réseau de distribution d’électricité 4. Le premier compteur 3a mesure d’une part la puissance électrique produite par l’équipement de production photovoltaïque 1 et réinjectée vers le réseau de distribution d’électricité 4 et d’autre part la puissance électrique issue du réseau de distribution d’électricité 4 et consommée par l’équipement de production photovoltaïque 1.
L’équipement de production photovoltaïque 1 comprend également un dispositif de production électrique 5 relié électriquement au point de livraison 3, par exemple via des câbles électriques 8 et des équipements électriques telle qu’une armoire électrique 19. Le dispositif de production électrique 5 comprend au moins un module photovoltaïque 9 configuré pour produire une puissance électrique. En général, le dispositif de production électrique 5 comprend une pluralité de modules photovoltaïques 9 disposés par exemple sur un support 11 tel qu’une ombrière. Le support 11 est par exemple disposé au-dessus d’une place de stationnement d’un véhicule automobile 13, notamment un véhicule électrique ou hybride. Le support 11 est par exemple configuré pour pouvoir orienter les modules photovoltaïques 9 dans une direction privilégiée. Le support 11 peut notamment être motorisée et configurée pour adapter l’orientation des modules photovoltaïques 9 en fonction de la position du soleil (fonction de « tracking ») pour optimiser la production photovoltaïque des modules 9.
Le dispositif de production électrique 5 comprend également un ou plusieurs onduleurs 16 configurés pour convertir le courant continu produit par les modules photovoltaïques 9 en courant alternatif pour être transmis vers les autres éléments de l’équipement de production photovoltaïque 1, par exemple via les câbles électriques 8. Les onduleurs 16 sont généralement disposés à proximité des modules photovoltaïques 9 voire intégrés dans les modules photovoltaïques 9.
L’équipement de production photovoltaïque 1 comprend également un dispositif de charge 15 relié électriquement au dispositif de production électrique 5 et au point de livraison 3, par exemple via des câbles électriques 8 et une armoire électrique 19.
Le dispositif de charge 15 comprend au moins une borne de recharge électrique 17, une pluralité de bornes de recharge électrique 17 dans l’exemple de la . Les bornes de recharge électrique 17 sont par exemple associées respectivement à des places de stationnement, notamment les places de stationnement placées sous l’ombrière 11 du dispositif de production électrique 5. Les différentes bornes de recharge électrique 17 peuvent être identiques ou peuvent avoir des puissances différentes, par exemple adaptées à différents types de véhicules ou différents modes de recharge (charge rapide, etc…).
Le dispositif de charge 15 est configuré pour être alimenté par le dispositif de production électrique 5 ou par le réseau de distribution d’électricité 4 via le point de livraison 3 si la puissance électrique fournie par le dispositif de production électrique 5 est insuffisante. Le dispositif de production électrique 5 est donc configuré pour alimenter le dispositif de charge 15 et/ou pour injecter une puissance électrique vers le réseau de distribution d’électricité 4 via le point de livraison 3 si la puissance produite par le dispositif de production électrique 5 est supérieure à la puissance requise par le dispositif de charge 15.
Le dispositif de charge 15 comprend par exemple les armoires électriques 19 mentionnées précédemment qui sont configurées pour assurer les liaisons électriques entre le dispositif de charge 15, le point de livraison 3 et dispositif de production électrique 5.
Les armoires électriques 19 comprennent notamment des transformateurs électriques 21 (visibles sur la ) configurés pour adapter la tension électrique entre le réseau de distribution d’électricité d’une part et le dispositif de production électrique 5 et le dispositif de charge 15 d’autre part. En effet, la tension électrique du réseau d’alimentation d’électricité 4 est beaucoup plus élevée que la tension fournie par le dispositif de production électrique 5 ou la tension du dispositif de charge 15, par exemple 20kV pour la tension du réseau de distribution d’électricité 4 et quelques centaines de volts pour les tensions du dispositif de production électrique 5 ou du dispositif de charge 15.
Les armoires électriques peuvent également comprendre des disjoncteurs 23 (visibles sur la ) pour éviter des surtensions pouvant détériorer les équipements de l’équipement de production photovoltaïque 1.
Les armoires électriques peuvent également comprendre des tableaux généraux basse tension 25 (visibles sur la ) associés au dispositif de charge 15 pour gérer la distribution de la puissance électrique entre les bornes de recharge électriques 17.
Le dispositif de charge 15 comprend également au moins un deuxième compteur 19a (en plus du compteur 3a du point de livraison 3) configuré pour mesurer une puissance électrique échangée par le dispositif de charge 15 via la, au moins une, borne de recharge électrique 17. Le nombre de deuxième compteur 19a dépend du nombre et de la puissance des bornes de recharge électrique 17. En effet, un compteur électrique à une capacité correspondant à la puissance maximale qu’il peut transmettre. Ainsi, un unique deuxième compteur 19a peut être associée à plusieurs bornes de recharge électrique 17 si la somme des puissances des différentes bornes de recharge 17 associées au deuxième compteur 19a ne dépasse pas la capacité du deuxième compteur 19a. Dans le cas de la , le dispositif de charge comprend deux deuxièmes compteurs 19a.
Les deuxièmes compteurs 19a sont par exemple disposés dans les armoires électriques 19.
Les deuxièmes compteurs 19a sont configurés pour mesurer la puissance électrique échangée au niveau des bornes de recharge électrique 17. Cette puissance électrique comprend notamment la puissance électrique fournie par le dispositif de production électrique 5 aux bornes de recharge électrique 17 et la puissance électrique fournie par le réseau de distribution d’électricité 4 aux bornes de recharge électrique 17 via le point de livraison 3.
La représente un schéma des différents composants électriques de l’équipement de production photovoltaïque 1. L’équipement de production photovoltaïque 1 comprend donc un ou plusieurs modules photovoltaïques 9 reliés à un ou plusieurs onduleurs 16 qui convertissent la tension continue fournie par les modules photovoltaïques 9 en tension alternative. Les onduleurs 16 sont reliés à un transformateur 21 permettant d’adapter la tension fournie par les onduleurs 16 à la tension du réseau de distribution d’électricité 4. Cette tension est alors injectée dans le réseau de distribution d’électricité 4 via le point de livraison 3. La puissance électrique transmise au réseau de distribution d’électricité 4 est mesurée par le premier compteur 3a du point de livraison 3.
L’équipement de production photovoltaïque 1 peut également comprendre un transformateur additionnel 21’ pour adapter la tension fournie aux bornes de recharge électrique 17. Le transformateur 21 permet par exemple une conversion 800V/20kV et le transformateur additionnel 21’ une conversion 800V/400V.
L’équipement de production photovoltaïque 1 comprend également un disjoncteur 23 aussi appelé appareil général de commande et de protection (AGCP), un ou plusieurs deuxièmes compteurs 19a pour mesurer la puissance électrique échangée au niveau des bornes de recharge électrique 17.
L’utilisation d’un ou plusieurs deuxième compteur(s) 19a configuré(s) pour mesurer la puissance électrique échangée via les bornes de recharge électrique 17 et notamment soutirée par les bornes de recharge électrique 17 permet en combinaison avec le premier compteur 3a qui permet de mesurer la puissance électrique échangée avec le réseau de distribution d’électricité 4 de déduire la puissance électrique produite par le dispositif de production électrique 5.
Le premier compteur 3a et les deuxièmes compteurs 19a sont par exemple des compteurs communicants configurés pour transmettre les relevés de puissance électrique mesurées vers un serveur distant, par exemple un serveur du gestionnaire du réseau de distribution d’électricité 4. Le serveur distant peut comprendre une unité de traitement configurée pour déterminer, à partir des relevés du premier compteur 3a et des deuxièmes compteurs 19a, la puissance produite par le dispositif de production électrique 5 au cours du temps, c’est-à-dire pour reconstituer les courbes de charge des modules photovoltaïques 9.
La représente un exemple de l’évolution temporelle des puissances instantanées associées respectivement à la puissance fournie par un dispositif de production électrique (courbe C1’), à la puissance consommée par des bornes de recharge (courbe C2’) et à la puissance réinjectée sur le réseau de distribution d’électricité (courbe C3’).
Le premier compteur 3a fournit par exemple le relevé associé à la courbes C3’ tandis que les deuxièmes compteurs 19a fournissent le relevé associé à la courbe C2’. Il est ainsi possible d’obtenir la courbe C1’ correspondant à la puissance produite par le dispositif de production électrique 5 à partir des mesures des premier 3a et deuxièmes 19a compteurs.
Cette détermination de la puissance électrique produite par les modules photovoltaïques 9 au cours du temps permet de pouvoir déterminer une rémunération du gestionnaire du dispositif de production électrique 5 sans que la puissance électrique produite par les modules photovoltaïques 9 et consommée directement par le dispositif de charge 15 n’impacte cette détermination de rémunération.
Une telle configuration permet ainsi d’avoir un équipement de production photovoltaïque 1 comprenant un dispositif de production électrique 5 comprenant des modules photovoltaïques 9 produisant une puissance électrique et un dispositif de charge 15 comprenant des bornes de charge 17 consommant une puissance électrique relié à un unique point de livraison 3.
La puissance électrique produite par les modules photovoltaïques 9 peut ainsi être utilisée directement par les bornes de recharge électrique 17 sans passer par le réseau de distribution d’électricité 4 tout en permettant au gestionnaire du dispositif de production électrique 5 (qui peut être différent du gestionnaire du dispositif de charge 15 et du gestionnaire du réseau de distribution d’électricité (qui peut être une troisième entité)) de déterminer la puissance produite par les modules photovoltaïques 9 et ainsi pouvoir déterminer la rémunération associée.
Selon un mode de réalisation particulier représenté sur la , l’équipement de production photovoltaïque 1 comprend également une unité de stockage électrique 29 reliée électriquement au point de livraison 3, au dispositif de production électrique 5 et au dispositif de charge 15, par exemple via des câbles électriques 8 et éventuellement via une armoire électrique 19. L’unité de stockage électrique 29 permet notamment de stocker une partie ou la totalité de la puissance électrique fournie par le dispositif de production électrique 5, notamment pour pouvoir l’utiliser par le dispositif de charge 5 à un moment ultérieur.
Une telle unité de stockage électrique 29 est particulièrement utile lorsque la recharge des batteries des véhicules automobiles 13 doit être faite la nuit lorsque le dispositif de production électrique 5 ne fournit pas de puissance électrique.
L’unité de stockage électrique 29 peut également être utilisée pour stocker la puissance électrique fournie par le réseau de distribution d’électricité 4 afin d’être utilisée ultérieurement par le dispositif de charge 15, notamment lorsque le coût de la puissance électrique fournie par le réseau de distribution d’électricité 4 varie au cours du temps afin d’optimiser les coûts.
Selon un mode de réalisation particulier, l’équipement de production photovoltaïque 1 est configuré pour participer à la stabilité du réseau de distribution d’électricité 4 en réinjectant une puissance électrique sur le réseau de distribution d’électricité 4 lorsque cela est nécessaire.
L’équipement de production photovoltaïque 1 comprend par exemple une unité de commande et de pilotage de l’énergie et de la puissance 31, aussi appelé « energy management system (EMS)/ power management system (PMS) » en anglais configurée pour pilotée les échanges de puissance électrique entre le point de livraison 3, le dispositif de production électrique 5, le dispositif de charge 15 et l’unité de stockage électrique 29 pour permettre de participer à la stabilité du réseau de distribution d’électricité 4.
La puissance électrique réinjectée dans le réseau de distribution d’électricité 4 peut être issue du dispositif de production électrique 5, de l’unité de stockage électrique 29 ou des batteries des véhicules automobiles 13 reliées aux bornes de recharge électrique 17 (fonction « vehicule to grid »). Le premier compteur 3a et les deuxièmes compteurs 19a permettent alors de mesurer la puissance électrique réinjectée sur le réseau de distribution d’électricité et de déterminer si cette puissance électrique est fournie par les batteries des véhicules automobiles 13 reliés aux bornes de recharge 17.
Ainsi, les premier 3a et deuxièmes 19a compteurs permettent de pouvoir gérer un équipement de production photovoltaïque 1 comprenant un dispositif de produit électrique 5 et un dispositif de charge 15 en n’ayant besoin que d’un unique point de livraison 3. Cette configuration permet également de pouvoir contribuer à la stabilité du réseau de distribution d’électricité 4 en réinjectant une puissance électrique dans le réseau de distribution d’électricité 4 à partir de l’équipement de production photovoltaïque 1 en cas de besoin.

Claims (10)

  1. Equipement de production photovoltaïque (1) comprenant :
    • un point de livraison (3) relié électriquement à un réseau de distribution d’électricité (4) et comprenant un premier compteur (3a) configuré pour mesurer une puissance électrique échangée entre l’équipement de production photovoltaïque (1) et le réseau de distribution d’électricité (4),
    • un dispositif de production électrique (5) relié électriquement au point de livraison (3) et comprenant au moins un module photovoltaïque (9) configuré pour produire une puissance électrique,
    • un dispositif de charge (15) reliée électriquement au dispositif de production électrique (5) et au point de livraison (3) et comprenant au moins une borne de recharge électrique (17),
    le dispositif de production électrique (5) étant configuré pour alimenter le dispositif de charge (15) et/ou pour injecter une puissance électrique vers le réseau de distribution d’électricité (4) via le point de livraison (3),
    caractérisé en ce que le dispositif de charge (15) comprend également au moins un deuxième compteur (19a) configuré pour mesurer une puissance électrique échangée via la, au moins une, borne de recharge électrique (17).
  2. Equipement de production photovoltaïque (1) selon la revendication 1 dans lequel une puissance électrique est associée à chaque borne de recharge électrique (17) et le nombre de deuxièmes compteurs (19a) est déterminé en fonction de la capacité des deuxièmes compteurs (19a) et des puissances des bornes de recharge électrique (17).
  3. Equipement de production photovoltaïque (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les premier (3a) et deuxième (19a) compteurs sont des compteurs communicants configurés pour communiquer avec un serveur distant et pour transmettre les relevés de puissance électrique mesurée vers le serveur distant..
  4. Equipement de production photovoltaïque (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant également une unité de stockage électrique (29) reliée électriquement au point de livraison (3), au dispositif de production électrique (5) et au dispositif de charge (15).
  5. Equipement de production photovoltaïque (1) selon la revendication précédente comprenant également une unité de commande et de pilotage de l’énergie et de la puissance (31) configurée pour pilotée les échanges de puissance électrique entre le point de livraison (3), le dispositif de production électrique (5), le dispositif de charge (15) et l’unité de stockage électrique (29).
  6. Equipement de production photovoltaïque (1) selon la revendication précédente dans lequel l’unité de stockage électrique (29) est configurée pour stocker la puissance électrique produite par le dispositif de production électrique (5) et/ou pour alimenter le dispositif de charge (15) et/ou pour injecter une puissance électrique vers le réseau de distribution d’électricité (4) via le point de livraison (3).
  7. Equipement de production photovoltaïque (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la, au moins une, borne de recharge (17) est destinée à la recharge de véhicules électriques (13).
  8. Equipement de production photovoltaïque (1) selon l’une des revendications précédentes comprenant au moins une place de stationnement à laquelle est associée la borne de recharge électrique (17).
  9. Equipement de production photovoltaïque selon la revendication précédente dans lequel le, au moins un, module photovoltaïque (9) du dispositif de production électrique (5) est disposé sur une ombrière (11) disposée au-dessus de la, au moins une, place de stationnement.
  10. Equipement de production photovoltaïque (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’équipement de production photovoltaïque (1) est configuré pour permettre un transfert de puissance électrique entre les bornes de recharge électrique (17) et le réseau de distribution d’électricité (4) via le point de livraison (3) pour réinjecter une puissance électrique issue de véhicules automobiles (13) reliés électriquement aux bornes de charge (17) dans le réseau de distribution d’électricité (4).
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