OA18517A - Kit d'électrification solaire connectée. - Google Patents

Abstract

La présente invention est relative à une solution d'électrification à base d'énergie photovoltaïque intégrant un système de prépaiement ainsi que le contrôle à distance du boitier. Cette solution comporte un kit solaire connecté servant à distribuer et à offrir les services aux clients finaux, un serveur central (1) sur lequel est installée une application qui assure la maintenance à distance du kit et le système de prépaiement, le système d'informations de l'opérateur ou partenaire de facturation et un réseau GSM/internet. La présente invention offre plusieurs services essentiels tels que l'accès à l'éclairage, la recharge de batterie d'équipement électroniques (téléphones, tablettes, radio, torches) à travers un port USB, la ventilation, la télévision, etc. Ces services peuvent s'étendre à des prises électriques pour l'alimentation de réfrigérateurs/ congélateurs. Elle permet de répondre à un besoin réel et urgent d'accès à l'énergie pour des millions de foyers en Afrique tout en proposant une alternative aux réseaux traditionnels d'électrification nationaux.

Description

La présente invention est relative à une solution d’électrification à base d’énergie photovoltaïque. Cette solution, basée sur l’énergie photovoltaïque offre plusieurs services essentiels tels que l’accès à l’éclairage, la recharge de batterie d’équipement électroniques (téléphones, tablettes, radio, torches) à travers un port USB, la 5 ventilation, la télévision, etc. Ces services peuvent s’étendre à des prises électriques pour l’alimentation de réfrigérateurs/ congélateurs. Elle permet de répondre à un besoin réel et urgent d’accès à l’énergie pour des millions de foyers en Afrique tout en proposant une alternative aux réseaux traditionnels d’électrification nationaux.

L’accès à l’énergie constitue une réelle préoccupation pour les populations africaines et plus particulièrement celles d’Afrique sub-saharienne dont le Burkina Faso. En effet, ces populations n’ont en général, soit pas accès au réseau national électrique ou sont au mieux contraints d’utiliser des lampes, des bougies, des batteries de voitures, etc., comme principale source de combustible pour l’éclairage, malgré son caractère 15 polluant ou une qualité d’éclairage médiocre. Face à cette préoccupation, différentes solutions sont proposées afin d’avoir un meilleur accès à une source d’énergie propre à des conditions avantageuses. Parmi ces solutions, l’on peut citer le Kit M-KOPA Solar Home System. C’est un kit composé d’un panneau solaire d’une puissance de 8W, d’un boîtier principal muni d’un port USB, de 2 lampes câblées de 1.2W, d’une torche 20 et d’une radio ou d’un téléviseur 13 pouces disponibles et utilisables sur le kit. Les clients qui désirent équiper leur foyer du capteur solaire de la startup, effectuent un paiement initial pour la location de l’équipement et achètent ensuite pour leur utilisation quotidienne des «crédits » de consommation par jour. S’ils ne s’acquittent pas de leurs paiements quotidiens après un certain délai, leur carte SIM est désactivée 25 et bloque leur alimentation en énergie solaire. Dès lors qu’ils paient leur dû, le système se remet en marche. Après un an de paiement et d’utilisation régulière, les clients deviennent alors propriétaires de leur système solaire et ont la possibilité d’en accroître la puissance.

Bien que cette source d’énergie propre permette de soulager les populations dans les zones reculées n’ayant pas accès à l’énergie conventionnelle, il reste que ce type de solutions présente quelques limites. En effet, le contrôle des kits est manuel et le client doit faire un transfert d’argent depuis son mobile vers le compte du fournisseur du kit pour le nombre de jours qu’il désire recharger. A la réception du transfert, le système 35 envoie un code au boîtier du client concerné pour incrémenter le nombre de crédit. Lorsque le client ne paye pas sa cotisation journalière, les agents du call center doivent envoyer manuellement une commande au boîtier du client pour le désactiver. Aussi le kit proposé ne dispose pas d’un système de contrôle et de supervision intégré. Le boîtier principal ne remonte pas d’informations précises de manière autonome vers un 40 serveur centralisé. Dès lors, lorsqu’un problème^survient, le kit remonte uniquement la notification de disfonctionnement généra! et il n’y a donc pas de précision sur la cause pouvant guider l’utilisateur ou les techniciens pour la résolution du problème. Toutes ces contraintes créent des désagréments pour le client parce qu’il est obligé de ramener son boîtier chez le fournisseur pour réparation, donc dépourvu de son boîtier pendant 5 un certain temps. Du côté du constructeur, cela nécessite le recrutement de plusieurs techniciens, toute chose qui peut engendrer des coûts supplémentaires. Par ailleurs, la solution telle que décrite présente une capacité d’énergie et une autonomie très faibles, ce qui constitue un désavantage pour les populations à moyen et long terme. Le module principal dispose d’une batterie de 3,4 Ah, pour supporter 2 lampes de 1,2 10 Watts chacune et un port USB utilisable pour la recharge de téléphone portable et autres appareils.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un kit d’électrification solaire connectée qui offre un système de prépaiement intégré 15 permettant une recharge automatique de crédit sur un boîtier autonome à partir d’une recharge demandée depuis le téléphone portable du client. De plus, cette solution permet de réaliser la maintenance du boîtier à distance. Par ailleurs, le dispositif offre une capacité d’énergie et une autonomie très élevées, ce qui constitue un avantage pour les populations. L’originalité également de cette innovation réside dans le fait 20 qu’elle dispose d’un modem GSM 3G qui apporte une connexion internet au domicile des utilisateurs à travers le réseau 3G et diffusé par la technologie WIFI.

Le dispositif selon la présente invention peut être compris à travers les schémas suivants :

- la figure 1 présente l’architecture globale de la solution d’électrification ;

- la figure 2 présente une représentation schématique des interfaces et des composants du kit de base ;

- la figure 3 représente une vision détaillée du boîtier principal

Le dispositif selon la présente invention est le résultat d’une interaction entre 4 soussystèmes :

- Un kit solaire (3)

Ce sous-système sert à distribuer et offrir les services aux clients finaux. I! est 35 composé d’au moins quatre lampes LED (4) blanches avec un minimum de 170 lumens chacune, d’un panneau solaire (5), d’un écran LCD (20), d’un port USB (14) pour la recharge d’appareils électroniques, d’un boîtier (3), d’une batterie (21), d’une carte électronique (22), d’un bouton multifonctions (15) servant à contrôler l’éclairage de l’écran LCD d’une part mais aussi la mise sous/hors tension du boîtier. D’autres 40 accessoires sont proposés en option tels que le ventilateur ( 12) et la télévision (13).

Les ampoules LED (4) sont recouvertes d’une couche protectrice pour éviter les agressions lumineuses, dues à la lumière bleue émise à une proportion plus ou moins importante par ces types d’ampoule. Les lampes sont montées d’usine ou manuellement sur un support qui est rattaché au boîtier (3) par un câble (11) d’une 5 longueur comprise entre 8 et 15 mètres.

Le panneau solaire (5) d’une puissance comprise entre 30 et 100 W, est relié au boîtier (3) par un câble (11) d’au moins de 15 mètres de longueur.

L’écran LCD (20) constitue l’élément du kit qui permet de lire les informations utiles pour l’utilisateur et affiche les informations relatives au statut du kit (niveau du réseau, 10 défaut détecté, niveau de la batterie, recharge en cours...). Il dispose d’un rétroéclairage qui ne s’allume que durant un temps limité par soucis d’économie d’énergie. Il affiche l’information crédit” (7) qui indique le nombre de crédits restant sur l’appareil, l’information statuts” (8) qui affiche l’état de fonctionnement du kit. Plusieurs statuts sont possibles : soit le statut par défaut matérialisé par « OK », 15 lorsqu’aucun problème majeur est détecté par le système et que le boîtier est en parfait état de fonctionnement, soit pas d’horloge « CL » lorsque le kit attend une réponse à sa demande de synchronisation avec le serveur, soit la force du GSM faible « GS » lorsque le signal GSM est trop faible, de l’ordre de -113dB, soit batterie faible « BL » lorsque la capacité de la batterie est à son plus faible niveau et ne suffit plus pour 20 fournir de l’énergie aux différentes sorties. La capacité de la batterie restante est réservée pour faire fonctionner la partie électronique du kit. Cela indique au client qu’il doit procéder à la recharge de la batterie dès que possible. Le statut peut être également « FU » lorsque le fusible est hors service ou en cours de réarmement. Le fusible intégré pouvant être armé à nouveau. L’affichage « battery » (19) indique deux 25 types d’informations. Une qui indique le niveau relatif d’énergie restante dans la batterie à l’aide de barres lumineuses (17), joue également le rôle de témoin d’indication de recharge lorsque le panneau solaire (5) est connecté et que la batterie reçoit de l’énergie. Dans ce cas les barres s’empilent progressivement les unes sur les autre jusqu’à ce que la pile (17) soit pleine, se vide, et se rempli de nouveau. Lorsque 30 la batterie atteint 100 % de charge, le témoin de recharge s’arrête. La deuxième information est la quantité d’énergie restante dans la batterie qui varie en fonction de l’évolution de la consommation d’énergie entre 0% et 100%. L’affichage « network » (16) indique le niveau de réception du réseau GSM. Le système procède à des mesures régulières du niveau réseau et affiche le résultat sous forme de barre. Le nombre de 35 barres est proportionnel au niveau de la puissance de réception du réseau GSM (29).

Lorsque le kit est totalement hors réseau et ne reçoit aucun signal, ou lorsqu’il n’y a pas de carte SIM insérée dans le boîtier, le témoin affiche « OFF » qui signifie « Aucun réseau ».

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Le ventilateur (12) sur pied d’une puissance nominale de 9 Watts minimum et ayant des pales d’au moins 30 cm, dispose d’un connecteur permettant de le raccorder au boîtier.

Le boîtier (3) renferme et protège la batterie (21), la carte électronique (22) qui supporte l’intelligence du système et l’antenne GSM interne (28). Le boîtier (3) est fermé hermétiquement par quatre vis et scellé par une étiquette anti-fraude et porte essentiellement des connecteurs (9) pour l’alimentation des lampes LED (4), d’un ventilateur (13) ou d’un téléviseur (13), une sortie USB (14) pour le rechargement d’appareils électroniques (téléphone portable, tablettes, radios...) et un autre 10 connecteur (10) male qui reçoit la connectique du panneau solaire (5) pour la recharge de la batterie (21). Le bouton (15) dispose de deux timers, un de 2 secondes qui permet d’allumer le rétro-éclairage lorsqu’il est éteint et de l’éteindre lorsqu’il est allumé, l’autre de 5 secondes, qui permet de mettre sous tension le boîtier et le rétro-éclairage de l’écran, lorsque le kit est éteint ou un appui long de 5 seconde pour mettre hors 15 tension l’ensemble du dispositif.

La carte électronique (22) qui porte l’ensemble des composants qui constituent l’intelligence du kit, comprend quelques composants principaux : un microcontrôleur (23) qui contient une mémoire programmable, un module GSM G510 (25) de très faible consommation qui permet de communiquer à distance avec le kit à travers la 20 carte SIM (26) sur le réseau GSM, un module GPS (30) qui permet de localiser le kit, une carte SIM (26) l’élément du système qui permet au module GSM de s’accrocher à un réseau donné pour rendre le système accessible à distance, des fusibles réarmables CTP (24) qui permettent de protéger le système des surintensités de sorte qu’en cas de courant supérieur à la limite fixée, il s’ouvre et se referme lorsque la cause de la 25 surintensité disparait, un bouton reset (27) qui permet d’éteindre le dispositif ou d’effacer toute la configuration en fonction de la durée de maintien du bouton.

- Un serveur central ( 1 )

C’est le nœud central de la solution. Il supporte l’application de configuration et de 30 pilotage des kits à distance, le système de prépaiement, le suivi des distributeurs, la gestion du stock et l’interfaçage avec l’opérateur (2). Il fournit également des rapports sur le fonctionnement global de la solution. Le serveur échange des informations d’authentification et d’autorisation (8 et 9) avec le serveur de l’opérateur à travers des WebServices, lors de l’achat ou de l’activation d’un kit.

- L’opérateur ou partenaire de facturation (2)

L’élément de la solution permettant de collecter les fonds à travers un payement par téléphone mobile (Mobile Money). L’opérateur avec lequel cette interconnexion est réalisée dispose déjà d’un grand réseau de distribution et propose à ses clients des _ services pa^bles^arjin compte électronique depuis leur téléphone portable, système, appelé mobile money. L’objectif de cette interconnexion est de permettre aux futurs clients souhaitant rentrer en possession du kit de payer à travers son compte électronique, type de payement auquel ils sont déjà habitués, afin de faciliter les transactions financières. Cette solution permet également à l’opérateur, qui est de ce 5 fait partie prenante du projet, d’agrandir son réseau avec de nouveaux clients. Les clients souhaitant acheter des kits ou recharger des crédits sur un kit déjà en leur possession, communiquent (10 et 11) avec le serveur de l’opérateur en protocole USSD pour les transactions financières.

- Le support de communication (29)

Réseau GSM / internet entre les différents sous-systèmes est le quatrième élément de la solution. C’est à travers le réseau GSM que la communication s’établit entre le client (12) et l’opérateur (2) ainsi que la communication entre le serveur central et les kits. Le réseau internet est le support de communication entre le serveur central (1) et 15 le serveur de l’opérateur.

Selon le principe de fonctionnement de la présente invention, l’utilisation du crédit de consommation se fait au jour le jour, le crédit étant décrémenté de 1 point tous les jours à minuit à travers l’horloge soit la consommation d’énergie. L’ensemble des éléments du kit prennent leur source d’horloge sur le serveur central (1).

La batterie au lithium (21) dispose nativement d’une carte électronique interne et autonome appelée PCM (Protection Circuit Modul) qui joue le rôle d’un système de contrôle interne et de protection contre les surtensions et les surintensités. Cette carte arrête la décharge ou la recharge de la batterie au niveau maximum pour éviter sa détérioration. Pour la protection de la batterie, le système dispose de deux niveaux de 25 sécurité. Un premier seuil où le témoin de niveau de batterie affiche 0%, indiquant que le système ne fournit plus d’énergie aux sorties mais l’écran LCD affiche toutes les informations du kit. Ce niveau permet de garder la partie électronique du kit toujours fonctionnelle, afin de ne pas perdre les informations importantes telle que Je crédit restant, l’horloge interne et surtout permettre d’assurer le service après-vente. Un 30 deuxième seuil où la batterie atteint le seuil critique. Afin de protéger la batterie, le PCM arrête la décharge et coupe Je circuit d’alimentation. A partir de ce niveau, plus aucune énergie n’est délivrée par la batterie. Le boîtier s’éteint totalement et toutes les informations contenues dans la mémoire du système sont perdus. Le kit doit être connecté au panneau solaire pour recharger la batterie. Durant la recharge, lorsque le 35 niveau d’énergie aura atteint le seuil I, le système se rallume et les valeurs sont réinitialisées. La recharge de la batterie est faite à partir du panneau solaire. Le panneau est choisi en tenant compte des exigences climatiques chaleur, poussière. Grâce à la capacité de la batterie d’une puissance d’au 144 Wh, à l’optimisation de la _ consommation .des composants,.de Ja. carte élcctroniqueu.pt_du.₁.choix_d’accessoires..

a ι efficaces à très faible consommation, le kit de base dispose d’une autonomie de 11 heures minimum en utilisation continue de 4 lampes de 2W et un port USB de 5W. L’autonomie atteint 18 heures de fonctionnement avec uniquement les 4 lampes allumées. Le module GPS (30) connecté au kit permet de localiser le kit à partir du 5 serveur central (l) à tout moment (y compris les kits ayant atteint un certain âge pour entamer un process de recyclage), et de cartographier la distribution de l’ensemble des kits sur un territoire donné.

La solution dispose également d’un système de facturation relié au serveur central, fait de sorte le boîtier (3) va arrêter de fournir des services lorsqu’il ne dispose pas d’au 10 moins une échéance journalière. Le système dispose également d’une remontée d’informations d’utilisation (6). Le serveur (1) est programmé de sorte à envoyer des requêtes (7), soit ponctuellement, soit périodiquement, vers tout ou partie des kits déployés sur le terrain. Ces requêtes envoient des demandes d’informations (7) sur l’utilisation en temps réel des kits. Les kits choisis enverront des réponses (6) qui 15 seront regroupées dans une base de données sur le serveur. A partir de cette base de données des statistiques et des reporting décisionnelles seront réalisées afin d’apporter des améliorations sur le produit de sorte à ce qu’ils correspondent au mieux au besoin des utilisateurs. Les informations peuvent porter sur le niveau de la batterie, la qualité du réseau GSM, le nombre d’unités restantes (crédit de consommation), les services en 20 cours d’utilisation, l’horloge interne du kit, le statut du boîtier, la localisation GPS, la recharge par le panneau solaire, etc. Lorsqu’il est nécessaire, le kit peut envoyer des requêtes en toute autonomie vers le serveur pour récupérer des informations nécessaires à son bon fonctionnement, par exemple la mise à jour de l’horloge interne du kit.

Claims (6)

1. Revendications

   1- Solution d’électrification solaire connectée intégrant un système de prépaiement ainsi que le contrôle à distance, caractérisée en ce qu’elle comporte un kit

   5 solaire connecté servant à distribuer et à offrir les services aux clients finaux, un serveur central (l) sur lequel est installée une application qui assure la maintenance à distance du kit et le système de prépaiement, le système d’information de l’opérateur ou partenaire de facturation et un réseau GSM/intemet.
2. 2- Solution selon la revendication 1 caractérisée en ce que le kit solaire servant à distribuer et à offrir les services aux clients finaux est composé d’au moins quatre lampes LED (4) blanches avec un minimum de 170 lumens chacune recouvertes d’une couche protectrice pour éviter les agressions lumineuses et

   15 montées sur un support qui est rattaché au boîtier (3) par un câble (II), d’un panneau solaire (5) d’une puissance comprise entre 30 et 100 watts qui est relié au boîtier (3) par un câble (II), d’un écran LCD (20) permettant de lire les informations utiles pour l’utilisateur et affichant les informations relatives au statut du kit, d’un port USB (14) pour la recharge d’appareils électroniques, 20 d’un boîtier (3) renfermant et protégeant la batterie (21), d’une carte électronique (22) supportant l’intelligence du système, un microcontrôleur (23) un modem GSM (25) avec 3G permettant le partage d’internet, une carte SIM (26) permettant le contrôle à distance, un module GPS (30), une antenne GSM interne (28), un bouton multifonctions (15) servant à contrôler l’éclairage de 25 l’écran LCD et la mise sous/hors tension du boîtier (3).
3. 3- Solution selon la revendication 2, caractérisée en ce que la capacité d’énergie et l’autonomie élevée sont dues à la capacité de la batterie d’une puissance d’au moins 144 Wh, à l’optimisation de chacun des composants de la carte

   30 électronique, des lampes LED de 2 W, 170 lumens, du ventilateur de 9 W.
4. 4- Solution selon la revendication 1, caractérisée en ce que le serveur centralisé (1) supporte l’application de configuration et de pilotage des kits à distance, le système de prépaiement, le suivi des distributeurs, la gestion du stock et

   35 l’interfaçage avec l’opérateur (2) et fournit les rapports sur le fonctionnement global de la solution, échange des informations d’authentification et d’autorisation (8 et 9) avec le serveur de l’opérateur (2) à travers des WebServices.

   FI

   I • t *
5. 5- Solution selon les revendications I, 2 et 3, caractérisée en ce que le serveur central (l) permet la collecte d’informations techniques, d’informations d’utilisation de sorte à adapter le kit aux besoins des utilisateurs, de connaître en temps réel le fonctionnement des lampes et autres accessoires, du port USB

   5 et du panneau solaire qui fournit l’énergie à la batterie.
6. 6- Solution selon toutes les revendications, caractérisée en ce que le support de communication (29) établit la communication entre le client ( 12) et l’opérateur (2), entre le serveur central (l) et le kit et entre le serveur central (l) et le serveur de l’opérateur (2).