WO2018231039A2 - Procédé d'auto-mutualisation d'énergie électrique renouvelable dans les micro-grilles isolées - Google Patents

Procédé d'auto-mutualisation d'énergie électrique renouvelable dans les micro-grilles isolées Download PDF

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WO2018231039A2
WO2018231039A2 PCT/MA2018/000011 MA2018000011W WO2018231039A2 WO 2018231039 A2 WO2018231039 A2 WO 2018231039A2 MA 2018000011 W MA2018000011 W MA 2018000011W WO 2018231039 A2 WO2018231039 A2 WO 2018231039A2
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Lâamari HLOU
Abdelkader MEZOUARI
Rachid EL GOURI
Mohammed IGOUZAL
Khalid MATEUR
Hamad DAHOU
Abdelkader HADJOUDJA
Omar MOUHIB
Mohammed ENBRAHIM
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Université Ibn Tofail
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    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Definitions

  • the present invention relates to the field of management of electrical energy produced by energy installations for sites not connected to the public electricity grid, equipped with renewable energy sources.
  • solar energy is also the most used at sites not connected to the public electricity grid (technical difficulty or economic connection in a conventional way). At these sites, energy consumption varies from one household to another, depending on the daily activities and the state of charge of their storage elements. However, the energy produced at these sites faces the storage problem if the electricity produced in situ is not consumed.
  • the most widely used renewable energy conversion devices for electric energy (10) in these isolated sites are photovoltaic panels.
  • the photovoltaic modules generally consist of panels of photovoltaic cells connected in a fixed manner, in series and / or in parallel, to satisfy the electrical energy requirement of each user.
  • Photovoltaic systems consist of several components:
  • One or more photovoltaic panels formed by matrices of photovoltaic cells converting the received solar energy into electrical energy.
  • One or more batteries allowing the storage of the electrical energy produced by the photovoltaic panels of the site.
  • One or more DC / DC conversion elements for regulating and controlling the electrical energy produced by the photovoltaic panels.
  • One or more DC / AC conversion elements for converting the continuous electrical energy into alternative electrical energy.
  • each installation is directly connected to a single user.
  • the most important element in these installations is the device for converting renewable energy into electrical energy (HO), the series combination of which makes it possible to reach the power supply voltage desired by the user.
  • This association series forms the blocks (100), then to reach the electrical power demanded by the user, the blocks are connected in parallel.
  • the patent WO2011086295 discloses a photovoltaic panel management and control system based on local control modules mounted on each panel, in order to eliminate the shading effect and eliminate the danger of electrocution during assembly of the photovoltaic parks. via the automatic disconnection of some panels.
  • the dynamic reconfiguration of photovoltaic systems found in the previous state is limited to reconfiguring cells or photovoltaic panels to maximize the electrical energy produced or eliminate the shading effect in photovoltaic installations.
  • the patent US4175249 proposes a dynamic reconfiguration of the solar cells inside a single photovoltaic panel in order to ensure maximum electric power to the load.
  • Patent US6060790 proposes a dynamic reconfiguration of solar cells in panels intended for space missions where the operating conditions are particular (intensity of sunshine, temperature ).
  • the patent WO2006067350 proposes the management of the storage of the energy available at an isolated site by two means, with the aim of supplying these sites with electrical energy during periods of low production.
  • storage management automatically connect additional batteries
  • a significant amount of electricity can be unusable in case of overproduction.
  • the US20120143385 patent describes a computer architecture that facilitates the autonomous control operations of a micro-grid. It represents a method for predicting the amount of energy produced by the electric power generation elements in a micro-grid.
  • the US20140203639 patent discloses a management system and electrical energy distribution from several types of sources, to supply several types of loads.
  • This patent represents a method of controlling the sources of electrical energy production. The method is based on determining the amount of power to be received by each of the loads and controlling a matrix of switches that connects the different sources to different loads.
  • Patent MA38730 deals with the pooling of electric power generation blocks between several homes. Each block comprising one or more renewable energy conversion device into electrical energy, one or more electric energy converters and one or more electrical energy storage elements.
  • This patent discloses a method for controlling electric energy production blocks based on renewable energy. The control method performs a set of operations for comparing the voltage across the load of each user with threshold values, to decide on the proper configuration of the matrix of switches.
  • the automatic mutualization method is based on the state of charge of the storage unit of each user and on the electrical power required by each user to decide on the proper configuration of the matrix of switches.
  • pooling only concerns panels.
  • the present invention has a novelty compared to patent MA38730 where pooling is actuated by the value of the voltage across the load of each user. Also, in the MA38730 patent the pooling concerns the entire blocks containing panels, a converter and a storage element.
  • the present invention proposes a new method for managing and sharing the surplus of the electric energy produced by the users' electrical energy production blocks (hearths) (300) at isolated sites not connected to the public electricity distribution network. .
  • This management method makes it possible to limit the losses in the absence of adequate storage and to respond to high and instantaneous energy needs by each user.
  • the invention relates to a method for automatically piloting (200) electric energy production blocks based on renewable energy (100). This method controls in real time the distribution of the blocks (100) of several users (300) according to their energy requirements and the state of charge of their storage elements (330). This allows the pooling of surplus electrical energy produced by reducing the amount of unworkable energy.
  • the method controls a system that includes: electric power generation blocks (100) and a driver (200) that connects the blocks with the electrical power control element (320) of the different users (300). ).
  • the electric power generating units (100) comprise one or more renewable energy conversion devices into electrical energy (110) (eg photovoltaic panels, wind turbines) (FIG. 2). Within a block, these devices (110) are associated in series, in parallel or in mixed association (series and parallel) depending on the desired voltage across the users.
  • the control method manages the sharing of blocks between at least two users (300) (homes). Each user has at least one power generation block (100).
  • the electric power generation blocks (100) must be connected to the different users (300) of the site via a matrix of switches (210). The switches s (211) will be controlled to allow a parallel association of the shared blocks (100) with the regulation element (310) installed at the input of each user (300), according to the topology shown in FIG. 4.
  • the switches (211) may be reversing contactors or electromechanical or electronic relays.
  • the switches (211) are controlled by an intelligent device (220) which includes voltage sensors (222), current sensors (221) (autonomous and not requiring power) to calculate the voltage. power consumed instantly by each user (300).
  • the device also includes each user's storage element (SOC) state of charge (SOC) detectors (223), an analog digital data acquisition and conversion interface (224), and a processor-based processing unit (224).
  • SOC storage element
  • SOC state of charge
  • 224 analog digital data acquisition and conversion interface
  • 224 processor-based processing unit
  • a programmable electronic card (225) ( Figure 3).
  • the programmable card realizes the optimal distribution blocks / users.
  • the optimization algorithm is designed in such a way that, in case of trouble, any user connects at least to his personal blocks.
  • Fig. 5 illustrates the flowchart of the procedure implemented in the programmable electronic card (225) for controlling the block / user link switches (211).
  • the procedure consists in reacting instantaneously according to the change of the input variables (electrical power demanded by each user and the state of charge of the storage element of each user) and calculates the optimal configurations of the matrix of the inputs. switches (210) according to the following steps:
  • Step 1 Identify the total number of users (M) and the number of blocks specific to each user (N p (k)).
  • Step 2 calculate the requested power (P c ) by the first user (k), detect the state of charge of its storage element and identify the number of free blocks (Bank). According to its three parameters, the block sharing management device reacts as follows:
  • the block sharing management device subtracts all the blocks connected to this user (k) and adds them to the Bank (building the pool of blocks to pool them with other users (k ' ⁇ k) with a need of electrical energy). Then the device goes to the next user (k + 1).
  • the Bank contains free blocks.
  • the block sharing management device subtracts a block from the bank and adds it to the user (k). Then the device goes to the next user (k + 1).
  • the Bank is empty (contains no free block).
  • the block sharing management device compares the number of user-specific blocks k (N p (k>) with the instantaneous number of blocks connected to it (N U (k) ). comparison, two actions are envisaged:
  • the control device searches for another user (k '#k) that uses a number of blocks larger than the number of these blocks. The control device subtracts a block from the user k 'and adds it to the user k. Then the device goes to the next user (k + 1).
  • the system implemented can use renewable energy sources such as a photovoltaic, wind turbine or a combination of several types of renewable energy sources.
  • the embodiment below comprises five households (300) each having two photovoltaic blocks (100) of 100W (each block consists of two photovoltaic panels of 50W mounted in parallel), an electric energy regulating element.
  • all the electric power generation blocks are dedicated to pooling, which makes 10 blocks are permanently shared between the five households.
  • the switching system (210) consists of fifty electronic relays (21 1) connecting each home (300) to the different blocks (100). ) according to the topology described in Figure 4.
  • the relays (211) are controlled by the processing unit (220) which delivers a control voltage for each relay (5V- "closed relay, 0V- open relay).
  • a battery state of charge detector for each home a current sensor (221) and a voltage sensor are used.
  • the current sensor (221) and the voltage sensor are installed to allow detection of the requested electrical power. This power will be compared with a threshold value P b equal to the maximum value delivered by a photovoltaic block.
  • An U PCB is used as a processing unit (225) to implement the management method electric power generation blocks according to the steps described in the flowchart of FIG. 5.
  • Table 1 summarizes during a month of January the daily consumption of each household of an isolated site, the percentage of days with a total charge of the batteries, the percentage of days with batteries discharged and the average value of energy not captured due to a total charge of the batteries.
  • FIG. 7 shows the comparison of the amount of energy that is not used by each household on the site with and without the use of the pooling system.
  • the pooling system can recover and pool up to 97% of electrical energy that is not exploited by the fireplace 4 and up to 90% of electrical energy that is not exploited by the complete site, compared to a site isolated equipped with a conventional photovoltaic system.
  • the pooling method presented in this patent makes it possible to recover a maximum of unexploited energy and to inject it into the micro-grid.
  • the method allows managing critical situations, not treated by the MA38730 patent, considered to be the state of the art closest to the present invention. These critical situations are as follows:
  • a user can be with empty batteries after pooling his blocks if the pooling criterion does not take into account the state of charge of the batteries.
  • pooling can lead to a decrease in the duration of electric autonomy of a home.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion des blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable, partagés entre plusieurs foyers d'un site isolé (non raccordé au réseau de distribution d'énergie électrique). Le partage se fait en fonction du besoin en énergie électrique de chaque utilisateur (foyers) (300) du site et de l'état de charge de son élément de stockage d'énergie électrique (330). Le système de pilotage (200) gère la mutualisation du surplus de l'énergie électrique entre au moins deux utilisateurs (foyers) (300), chaque utilisateur (300) doit disposer au moins d'un bloc de production d'électricité (100), au moins un élément de régulation de l'énergie électrique produite (310) et au moins un élément de stockage d'énergie électrique (330). Chaque bloc (100) comporte au moins un dispositif de conversion d'énergie renouvelable en énergie électrique (110). Le partage des blocs sur les différents foyers(300) se fait en temps réel en se basant sur l'état de charge de l'élément de stockage (SOC) (330), sur la quantité d'énergie électrique demandé(320) par l'utilisateur et sur le nombre des blocs de production d'énergie électrique(100) connecté à chaque utilisateur (300). Mots clés: Micro-grilles isolées, Surplus de l'énergie électrique, Blocs photovoltaïques, Mutualisation, Matrice de commutateurs.

Description

PROCÉDÉ D'AUTO-MUTUALISATION D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE RENOUVELABLE DANS LES MICRO—GRILLES ISOLÉES
DESCRIPTION :
Domaine technique :
La présente invention concerne le domaine de la gestion de l'énergie électrique produite par des installations énergétiques pour les sites non raccordés au réseau électrique public, équipés de sources d'énergie renouvelable.
État de la technique antérieure
Aujourd'hui, La consommation énergétique mondiale est dominée par les combustibles fossiles que sont le pétrole, le charbon et le gaz. La consommation intensive de ces sources donne lieu à des émissions de gaz à effet de serre et donc une augmentation remarquable de la pollution. En plus la consommation excessive de stock de ressources naturelles réduit les réserves de ce type d'énergie de façon dangereuse pour les générations futures. Cependant, pour remédier à cela, de nouvelles énergies dites Energies renouvelables, ont émergé (soleil, vent, la chaleur de la terre, la force de l'eau ou encore de la biomasse). Les énergies renouvelables deviennent progressivement des énergies à part entière, rivalisant avec les énergies fossiles du point de vue coût et performance de production.
Parmi les sources d'énergies renouvelables, l'énergie solaire est aussi la plus utilisée au niveau des sites non raccordés au réseau électrique public (difficulté technique ou économique de raccordement d'une manière conventionnelle). Au niveau de ces sites, la consommation énergétique varie d'un foyer à un autre, en fonction des activités journalière et l'état de charge de leurs éléments de stockage. Cependant, l'énergie produite au niveau de ces sites fait face au problème de stockage si l'électricité produite in situ n'est pas consommée. Les dispositifs de conversion d'énergie renouvelable en énergie électrique(l lO) les plus utilisés dans ces sites isolés sont les panneaux photovoltaïques. Les modules photovoltaïques sont constitués en général de panneaux de cellules photovoltaïques reliés, de façon figée, en série et/ou en parallèle, pour satisfaire le besoin en énergie électrique de chaque utilisateur.
Les systèmes photovoltaïques sont constitués de plusieurs composants :
- Un ou plusieurs panneaux photovoltaïques, formés par des matrices de cellules photovoltaïques effectuant la conversion de l'énergie solaire reçue en énergie électrique.
- Une ou plusieurs batteries permettant le stockage de l'énergie électrique produite par les panneaux photovoltaïques du site.
- Un ou plusieurs éléments de conversion DC/DC permettant la régulation et le contrôle de l'énergie électrique produite par les panneaux photovoltaïques.
- Un ou plusieurs éléments de conversion DC/AC permettant la conversion de l'énergie électrique continue en énergie électrique alternative.
Dans les systèmes photovoltaïques classiques, chaque installation est reliée directement à un seul utilisateur. L'élément le plus important dans ces installations est le dispositif de conversion d'énergie renouvelable en énergie électrique(HO), l'association série de ces derniers permet d'atteindre la tension d'alimentation désirée par l'utilisateur. Cette association série forme les blocs(lOO), ensuite pour atteindre la puissance électrique demandée par l'utilisateur, on connecte les blocs en parallèle.
Plusieurs brevets ont porté sur la conception et la gestion des installations de production d'électricité autonome. Le brevet WO2011086295 présente un système de gestion et de commande de panneaux photovoltaïques basé sur des modules de commande locaux montés sur chaque panneaux, afin d'éliminer l'effet d'ombrage et éliminer le danger de d'électrocution lors du montage des parcs photovoltaïque via la déconnexion automatique de certains panneaux.
La reconfiguration dynamique des systèmes photovoltaïques trouvée dans l'état antérieur se limite à la reconfiguration des cellules ou bien des panneaux photovoltaïques pour maximiser l'énergie électrique produite ou éliminé l'effet d'ombrage dans les installations photovoltaïques. Le brevet US4175249 propose une reconfiguration dynamique des cellules solaire à l'intérieur d'un seul panneau photovoltaïque afin d'assurer une puissance électrique maximale à la charge. Le brevet US6060790 propose une reconfiguration dynamique des cellules solaire dans des panneaux destinés aux missions spatiales où les conditions de fonctionnement sont particulières (intensité de l'ensoleillement, température...).
Le brevet WO2006067350 propose la gestion du stockage de l'énergie disponible sur un site isolé par deux moyens, dans le but d'alimenter ces sites en énergie électrique pendant les périodes de faible production. Cependant, même avec une gestion de stockage (connecter automatiquement des batteries supplémentaires) une quantité importante d'électricité peut être inexploitable en cas de surproduction.
Le brevet US20120143385 décrit une architecture informatique qui facilite les opérations de contrôle autonome d'une micro-grille. Il représente un procédé de prédiction de la quantité d'énergie produite par les éléments de production d'énergie électrique dans une micro-grille.
Le brevet US20140203639 divulgue un système de gestion et de distribution d'énergie électrique provenant de plusieurs types de sources, pour alimenter plusieurs types de charges. Ce brevet représente un procédé de pilotage des sources de production d'énergie électrique. Le procédé est basé sur la détermination de la quantité de puissance à recevoir par chacune des charges et la commande d'une matrice des commutateurs qui connecte les différentes sources aux différentes charges.
Le brevet MA38730 traite la mutualisation des blocs de production d'énergie électrique entre plusieurs foyers. Chaque bloc comprenant un ou plusieurs dispositif de conversion d'énergie renouvelable en énergie électrique, un ou plusieurs convertisseurs d'énergie électrique et un ou plusieurs éléments de stockage de l'énergie électrique. Ce brevet divulgue un procédé de pilotage des blocs de production d'énergie électrique à base d'énergie renouvelable. Le procédé de pilotage effectue un ensemble d'opérations de comparaison de la tension aux bornes de la charge de chaque utilisateur avec des valeurs seuils, pour décider de la configuration adéquate de la matrice des commutateurs.
Les brevets de référence (état antérieur) traitent la reconfiguration dynamique de cellules (au sein d'un seul panneau photovoltaïque) ou bien entre un ensemble de panneaux (élimination de l'effet ombrage). Le brevet MA38730 est considéré comme l'état de la technique le plus proche de la présente invention.
Dans la présente invention, le procédé de mutualisation automatique est basé sur l'état de charge de l'unité de stockage de chaque utilisateur et sur la puissance électrique demandée par chaque utilisateur pour décider de la configuration adéquate de la matrice des commutateurs. En plus, la mutualisation concerne seulement les panneaux.
L'actuelle invention présente une nouveauté par rapport au brevet MA38730 où la mutualisation est actionnée par la valeur de la tension aux bornes de la charge de chaque utilisateur. Aussi, dans le brevet MA38730 la mutualisation concerne les blocs entiers contenant des panneaux, un convertisseur et un élément de stockage.
L'effet technique apporté par la présente invention, surtout en la comparant avec le brevet MA38730 est le suivant :
- Le procédé actuel permet la mutualisation des panneaux seuls et évite la mutualisation des éléments de stockage.
- Le fait de mutualiser les panneaux seuls permet d'échanger seulement le surplus d'énergie électrique produite par chaque de foyer.
- Le nouveau procédé permet de mutualisé l'ensemble des blocs de production d'énergie électrique. Dans le brevet MA38730, chaque utilisateur garde (en permanence) un bloc hors mutualisation. Ceci permet un maximum d'énergie électrique récupérée.
Exposé de l'invention
La présente invention propose un nouveau procédé de gestion et de mutualisation du surplus de l'énergie électrique produite par les blocs de production d'énergie électrique des utilisateurs (Foyers)(300) au niveau des sites isolés non raccordés au réseau de distribution électrique public. Ce procédé de gestion permet de limiter les pertes en absences de stockage adéquat et de répondre à des besoins énergétique élevés et instantanés par chaque utilisateur.
L'invention concerne un procédé de pilotage automatique(200) des blocs de production d'énergie électrique à base d'énergie renouvelable(lOO). Ce procédé pilote en temps réel la répartition des blocs(100) de plusieurs utilisateurs(300) en fonction de leurs besoins énergétiques et de l'état de charge de leurs éléments de stockage(330). Ceci permet la mutualisation du surplus d'énergie électrique produite en diminuant la quantité d'énergie inexploitable.
Le procédé commande un système qui comporte : des blocs de production d'énergie électrique(lOO) et un dispositif de pilotage(200) qui relie les blocs avec l'élément de régulation de l'énergie électrique (320) des différents utilisateurs (300).
Les blocs de production d'énergie électrique(lOO) comprennent un ou plusieurs dispositifs de conversion d'énergie renouvelable en énergie électrique (110) (ex : panneaux photovoltaïques, éoliennes) (figure 2). A l'intérieur d'un bloc, ces dispositifs (110) sont associés en série, en parallèle ou en association mixte (série et parallèle) selon la tension désirée aux bornes des utilisateurs. Le procédé de pilotage gère le partage des blocs entre au moins deux utilisateurs (300) (foyers). Chaque utilisateur dispose au moins d'un bloc de production d'électricité (100). Les blocs de production d'énergie électrique(lOO) doivent être connectés aux différents utilisateurs(300) du site via une matrice de commutateurs (210). Les commutateur s(211) seront commandés pour permettre une association en parallèle des blocs(100) mutualisés avec l'élément de régulation(310) installé à l'entrée de chaque utilisateur (300), selon la topologie présentée dans la figure 4.
Les commutateurs(211) peuvent être des contacteurs inverseurs ou des relais électromécaniques ou électroniques.
Dans le système utilisé, les commutateurs(211) sont commandés par un dispositif intelligent(220) qui comprend des capteurs de tension(222), des capteurs de courant(221) (autonomes et ne nécessitant pas d'alimentation) afin de calculer la puissance consommé instantanément par chaque utilisateur(300). Le dispositif comprend aussi des détecteurs de l'état de charge de l'élément de stockage (SOC) de chaque utilisateur(223), une interface d'acquisition et de conversion analogique numérique des données(224) et une unité de traitement basée sur une carte électronique programmable (225) (figure 3). La carte programmable réalise la répartition optimale blocs/utilisateurs. L'algorithme d'optimisation est conçu de telle façon que, en cas de soucis, n'importe quel utilisateur se connecte au moins à ses blocs personnels.
La figure 5 illustre l'organigramme de la procédure implémentée dans la carte électronique programmable(225), pour commander les commutateurs (211) de liaison blocs/utilisateurs. La procédure consiste à réagir d'une façon instantanée suivant le changement des variables d'entrées (puissance électrique demandée par chaque utilisateur et l'état de charge de l'élément de stockage de chaque utilisateur) et calcule les configurations optimales de la matrice des commutateurs (210) selon les étapes suivantes :
Etape 1 : Identifier le nombre total des utilisateurs (M) et le nombre des blocs propres à chaque utilisateur (Np(k)).
Etape 2 : calculer la puissance demandée (Pc) par le premier utilisateur (k), détecter l'état de charge de son élément de stockage et identifier le nombre des blocs libres (Bank). Selon ses trois paramètres, le dispositif de gestion de partage des blocs réagit de la façon suivante :
a- Dans le cas où l'élément de stockage d'électricité de cet utilisateur (k) est complètement chargé et la puissance demandée par cet utilisateur est inférieur à la puissance maximal fournit par un bloc photovoltaïque. Le dispositif de gestion de partage des blocs retranche tous les blocs connectés à cet utilisateur (k) et il les rajoute à la Bank (construction de la réserve des blocs pour les mutualiser avec d'autre utilisateurs (k'≠k) ayant un besoin d'énergie électrique). Puis le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
b- Dans le cas où l'élément de stockage d'électricité de cet utilisateur (k) est complètement chargé et la puissance demandée par cet utilisateur (Pc) est supérieur à la puissance maximal fournit par un bloc photovoltaïque. Le dispositif de gestion de partage des blocs passe à l'utilisateur suivant (k+1). c- Dans le cas où l'élément de stockage d'électricité de cet utilisateur (k) est déchargé, Le dispositif de gestion de partage des blocs teste la réserve des blocs libres dédiés à la mutualisation (la Bank). Deux cas sont possibles :
1er cas : La Bank contient des blocs libres. Le dispositif de gestion de partage des blocs retranche un bloc de la Bank et il le rajoute à l'utilisateur (k). Puis le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
2eme cas : La Bank est vide (ne contient aucun bloc libre). Le dispositif de gestion de partage des blocs compare le nombre de blocs propres à l'utilisateur k(Np(k>) avec le nombre instantané des blocs connectés à celui-ci (NU(k)). Selon le résultat de cette comparaison, deux actions sont envisagées :
1- Si le nombre de blocs propres (NP(k)) à l'utilisateur (k) est supérieur strictement au nombre instantané de blocs connectés (Ν )) à cet utilisateur : le dispositif de pilotage recherche un autre utilisateur (k'#k) qui utilise un nombre de blocs supérieur au nombre de ces propres blocs. Le dispositif de pilotage retranche un bloc à l'utilisateur k' et il le rajoute à l'utilisateur k. Puis le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
2- Si le nombre des blocs propres (NP(k)) à l'utilisateur (k) est inférieur ou égale au nombre instantané des blocs connectés (Nu(k)) à cet utilisateur : le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
Le système mis en œuvre peut utiliser des sources d'énergie renouvelable telles qu'une installation photovoltaïque, éolienne ou encore une combinaison de plusieurs types de sources d'énergie renouvelable.
Description détaillée d'un mode de réalisation
Le mode de réalisation ci-dessous comporte cinq foyers(300) disposant chacun de deux blocs photovoltaïques (100) de 100W (chaque bloc est constitué de 2 panneaux photovoltaïques de 50 W montés en parallèle), un élément de régulation de l'énergie électrique DC/DC(310) et un élément de stockage basé sur des batteries de type Plomb-Acide (12V/700Ah)(330). Dans ce mode de réalisation, tous les blocs de production d'énergie électrique sont dédiés à la mutualisation, ce qui fait 10 blocs sont mutualisés en permanence entre les cinq foyers. Pour pouvoir répartir les blocs (100) sur les différents foyers (300) et traiter toutes les configurations possibles, le système de commutation (210) est constitué de cinquante relais électroniques (21 1) reliant chaque foyer (300) aux différents blocs (100) selon la topologie décrite dans la figure 4.
Les relais (211) sont pilotés par l'unité de traitement (220) qui délivre une tension de commande pour chaque relai (5V— » relai fermé, 0V— relai ouvert). Dans ce mode de réalisation, on utilise un détecteur de l'état de charge de la batterie pour chaque foyer, un capteur de courants (221) et un capteur de tension. Aux bornes de la charge de chaque foyer (300), le capteur de courant (221) et le capteur de tension sont installés pour permettre la détection de la puissance électrique demandée. Cette puissance sera comparée avec une valeur seuil Pb égale la valeur maximale délivrée par un bloc photovoltaïque. Une carte électronique Arduino est utilisée comme unité de traitement (225) pour implémenter le procédé de gestion des blocs de production d'énergie électrique selon les étapes décrites dans l'organigramme de la figure 5.
Pour ce mode de réalisation, le tableau 1 récapitule durant un mois de janvier la consommation pendant la journée de chaque foyer d'un site isolé, le pourcentage de jours avec une charge totale des batteries, le pourcentage de jours avec des batteries déchargées et la valeur moyenne d'énergie non capturée à cause d'une charge totale des batteries.
Dans ce scénario type, on compare la quantité d'énergie non exploitée par chaque foyer sans utilisation du système de mutualisation et avec utilisation du système de mutualisation. Pour une période d'un mois, la figure 6 présente la comparaison de la quantité d'énergie non exploitée par chaque foyer du site avec et sans utilisation du système de mutualisation. Selon la figure 7, le système de mutualisation peut récupérer et mutualiser jusqu'à 97% d'énergie électrique non exploitée par le foyer 4 et jusqu'à 90% d'énergie électrique non exploité par le site complet, par rapport à un site isolé équipé d'un système photovoltaïque classique.
Ainsi, le procédé de mutualisation présenté dans ce brevet, permet de récupérer un maximum d'énergie non exploitée et de l'injecter dans le micro-grille. En plus, le procédé permet gérer des situations critiques, non traitée par le brevet MA38730, considéré comme l'état de la technique le plus proche de la présente invention. Ces situations critiques sont les suivantes :
- Un utilisateur peut se trouver avec des batteries vides après la mutualisation de ses blocs si le critère de mutualisation ne prend pas en compte l'état de charge des batteries.
Si le critère de mutualisation ne prend pas en compte l'état de charge des batteries, la mutualisation peut entraîner une diminution la durée d'autonomie électrique d'un foyer.
En plus, la mutualisation qui ne se base pas sur l'état de charge des batteries (état antérieur Brevet MA38730) augmente le nombre de cycles charge décharge des batteries et diminue ainsi leur durée de vie. En fin, le nouveau système propose une réduction du nombre de régulateurs d'énergie électrique par rapport à l'état antérieur (brevet MA38730 où chaque bloc dispose d'un régulateur DC/DC).
Liste des Tableaux
Tableau 1
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Claims

REVENDICATIONS :
1- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable, caractérisé par le fait qu'il gère la mutualisation en temps réel entre plusieurs utilisateurs (deux ou plus) (300) de la façon suivante :
- identifier le nombre total d'utilisateurs (M) et le nombre de blocs personnels de chaque utilisateur (Np(k)). Chaque utilisateur dispose au moins d'un élément de régulation de l'énergie électrique (310), au moins d'un élément de stockage de l'énergie électrique (330), au moins d'un élément de consommation de l'énergie électrique (320) et au moins d'un bloc de production d'énergie électrique (100). Le bloc de production de l'énergie électrique est constitué au moins d'un dispositif de conversion de l'énergie renouvelable en énergie électrique.
- Calculer la puissance demandée (Pc) par le premier utilisateur (k), détecter l'état de charge de son élément de stockage et identifier le nombre des blocs libres (Bank). Trois cas sont possibles : l'élément de stockage d'électricité de cet utilisateur (k) est chargé et la puissance demandée par cet utilisateur est inférieure à une valeur seuil P¾ (égale la valeur maximale délivrée par un bloc photovoltaïque), l'élément de stockage d'électricité de cet utilisateur (k) est chargé et la puissance demandée par cet utilisateur est supérieure à une valeur seuil Pb, l'élément de stockage d'électricité de cet utilisateur (k) est déchargé.
- Partager uniquement le surplus d'énergie électrique excédentaire provenant des foyers ayant un surplus.
- récupérer 100% du surplus de production d'énergie électrique (venant des utilisateurs avec excédent d'énergie) et le mutualiser (avec les utilisateurs déficitaires d'énergie)
2- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand l'élément de stockage d'électricité de P utilisateur (k) est chargé et la puissance demandée par cet utilisateur est inférieure à une valeur seuil Pb, le dispositif de mutualisation retranche tous les blocs connectés à cet utilisateur (k) et il les rajoute à la Bank (réserve des blocs dédiés à la mutualisation). Puis le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
3- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand l'élément de stockage d'électricité de l'utilisateur (k) est complètement chargé et la puissance demandée par cet utilisateur est supérieure à une valeur seuil Pb. Le dispositif de gestion de partage des blocs passe à l'utilisateur suivant (k+1).
4- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon la revendication 1, caractérisé par le fait que quand l'élément de stockage d'électricité de l'utilisateur (k) est déchargé, le dispositif de gestion de partage des blocs teste la réserve des blocs libres dédiés à la mutualisation (la Bank). Deux cas sont possibles :
- La Bank est vide (aucun bloc libre n'est trouvé dans la réserve constituée des blocs non utilisés par les autres utilisateurs (k'#k)).
- La Bank contient des blocs libres (blocs non utilisés par les autres utilisateurs (k'#k)). 5- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que quand la Bank contient des blocs libres, le dispositif de gestion de partage des blocs retranche un bloc de la Bank et il le rajoute à l'utilisateur (k). Puis le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
6- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que La Bank ne contient aucun bloc libre, le dispositif de gestion de partage des blocs compare le nombre de blocs propres à l'utilisateur k(NP(k>) avec le nombre instantané des blocs connectés à celui-ci ( U(k)) et selon le résultat de cette comparaison deux cas sont possibles :
- le nombre de blocs propres (ΝΡ(¾) à l'utilisateur (k) est supérieur strictement au nombre instantané de blocs connectés (NU(k)) à cet utilisateur.
- le nombre des blocs propres (Np(¾)) de l'utilisateur (k) est inférieur ou égal au nombre instantané des blocs connectés (NU(k>) à cet utilisateur.
7- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon les revendications 1,4 et 6, caractérisé par le fait que dans le cas où le nombre de blocs propres (Np(k)) à l'utilisateur (k) est supérieur strictement au nombre instantané de blocs connectés (NU(k)) à cet utilisateur, le dispositif de pilotage recherche un utilisateur (k'#k) qui utilise un nombre de blocs supérieur au nombre de ces propres blocs. Le dispositif de pilotage retranche un bloc à l'utilisateur k' et il le rajoute à l'utilisateur k. Puis le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
8- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon les revendications 1,4 et 6, caractérisé par le fait que dans le cas où le nombre des blocs propres (Νρ^) de l'utilisateur (k) est inférieur ou égal au nombre instantané des blocs connectés (NU(k)) à cet utilisateur, le dispositif passe à l'utilisateur suivant (k+1).
9- Procédé de pilotage de blocs de production d'énergie électrique (100), à base d'énergie renouvelable selon les revendications de 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il évite les situations de décharges totales des éléments de stockage dues à la mutualisation des blocs.
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