WO2023198693A1 - Method for controlling an agrivoltaic device - Google Patents

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WO2023198693A1
WO2023198693A1 PCT/EP2023/059419 EP2023059419W WO2023198693A1 WO 2023198693 A1 WO2023198693 A1 WO 2023198693A1 EP 2023059419 W EP2023059419 W EP 2023059419W WO 2023198693 A1 WO2023198693 A1 WO 2023198693A1
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WO
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agro
climatic
plants
panels
photovoltaic panels
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/059419
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French (fr)
Inventor
Stéphane HERAUD
Original Assignee
Agrisoleo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Agrisoleo filed Critical Agrisoleo
Publication of WO2023198693A1 publication Critical patent/WO2023198693A1/en

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G13/00—Protecting plants
    • A01G13/02—Protective coverings for plants; Coverings for the ground; Devices for laying-out or removing coverings
    • A01G13/0206—Canopies, i.e. devices providing a roof above the plants
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/243—Collecting solar energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/23—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings specially adapted for roof structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S30/00—Structural details of PV modules other than those related to light conversion
    • H02S30/20—Collapsible or foldable PV modules

Definitions

  • the present invention relates to the field of agrivoltaism, that is to say a production of electrical energy using photovoltaic cells coupled with agricultural production, the aim of which is to protect crops from hazards climates and to modulate the microclimate in the face of climate change, in order to ensure viable, sustainable agricultural production and solar-powered electricity production on the same surface.
  • Agricultural production is ensured by a set of cultivated plants.
  • the plants can be the same or different.
  • Electricity production is ensured by a set of photovoltaic panels arranged on a supporting structure, covering all or part of the cultivated plants. As described later, the photovoltaic panels are mobile, for example to follow the path of the sun.
  • Optimizing electrical production generally consists of orienting the photovoltaic panels perpendicular to the solar rays. But this optimization of electricity production can prove to be detrimental to the optimization of agricultural production, for example due to a shadow cast by photovoltaic panels on cultivated plants.
  • the present invention aims to further improve existing solutions.
  • the present invention makes it possible to reduce abiotic stress (water, thermal and radiative) for plants, ensure their physiological needs, protect them against climatic hazards, and makes it possible to find a synergy between agricultural production and photovoltaic electricity production.
  • the invention relates, according to a first of its objects, to a method of controlling an agrivoltaic device, said agrivoltaic device comprising:
  • a supporting structure which supports the photovoltaic panels, said panels being movable in at least one of: in rotation relative to a horizontal axis; in translation in a horizontal plane, in translation along a vertical axis, so as to be able to adopt several horizontal, vertical or angular positions thanks to said set of actuators, and arranged at a height less than a predetermined value of a set of cultivated plants, the shadow projected on the plants by the photovoltaic panels being modified by the change in position or angle of said panels, thus modifying the microclimatic conditions of the area comprising all the cultivated plants;
  • [0015] - a real-time control and data acquisition system, configured to control the horizontal, vertical or angular position of the set of photovoltaic panels,
  • a server configured to receive and store agro-climatic data and comprising an optimization module comprising lines of code defining its operation and configured to issue control instructions to the control system for the position of the photovoltaic panels ;
  • control instruction comprising the horizontal, vertical or angular position that at least one photovoltaic panel must adopt for a given period, the control instruction being function of the set of agro-climatic indicators and the impact of each agro-climatic indicator calculated on the potential yield of the set of cultivated plants.
  • the calculation by the optimization module of a set of agro-climatic indicators can be implemented thanks to modeling taking into account the impact of photovoltaic panels on the microclimate. We can link these indicators to the conditions for good development of crops by phenological stage, allowing the construction of the yield and the quality of agricultural production and calculate the electrical production thanks to a model. delization of the electrical output for any position of the photovoltaic panels.
  • the potential yield is calculated with reference to a model comprising the impact of each agro-climatic indicator, by phenological stage, on an average Olympic yield, the potential yield being calculated preferably, at the instant t.
  • control instruction is determined by an optimization algorithm, having been previously trained on a set of agro-climatic data composed of data constructed using data from local climatic histories and models. of climate change, allowing relevant decisions to be made given the variety of climate scenarios that may occur.
  • the set of agro-climatic indicators can take into account the microclimatic impact of the agrivoltaic device.
  • the electrical production can take into account all the positions of the photovoltaic panels, thanks to a modeling of the electrical production which can in particular calculate the loss of electrical production when the panels are not in an angular position corresponding to a production maximum.
  • the agro-climatic data are sent by at least one of:
  • the agro-climatic data can also be:
  • control instruction being a function of at least one of said steps.
  • the learning being based on said agro-climatic data.
  • the training of the algorithm for optimizing the control instructions for photovoltaic panels uses historical agro-climatic data, and allows learning using varied and diversified climatic scenarios in order to generate instructions controlling the position of the panels of the agrivoltaic device maximizing agricultural and electrical production.
  • the step consisting of determining the phenological stage at which said plants are found is implemented by declaration, by calendar date, by image processing of said plants, or by accumulation of degrees/day, optionally including a shading effect.
  • the agrivoltaic device is also connected to a set of at least one meteorological station, possibly in a network;
  • the agro-climatic data received by the optimization module being issued at least by said set of at least one meteorological station.
  • the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the invention, when said program is executed on a server, configured for receiving and storing agro-climatic data, and comprising an optimization module comprising lines of code defining its operation and configured to issue control instructions to the control system for the position of the photovoltaic panels.
  • the present invention presents the following 3 advantageous criteria for controlling an agrivoltaic device:
  • FIG. 1 illustrates an agrivoltaic device according to the prior art
  • FIG. 2 illustrates a functional diagram for the implementation of an embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 illustrates the sending of agro-climatic data to a server according to the invention.
  • the present invention is based on determining the phenological stage of cultivated plants, and on controlling the position of the photovoltaic panels in particular at the determined phenological stage.
  • the phenological stages are those of the BBCH scale.
  • FIG. 1 An agrivoltaic device, also called a “shade”, is illustrated in Figure 1.
  • It includes a supporting structure which supports a set of photovoltaic panels.
  • the cultivated plants can be of any type and for example be market garden crops, vines, trees - particularly fruit trees, shrubs, etc. including a plurality of different plants.
  • the phenological stage can be declared, in particular via a graphical interface. It can also be determined by calendar date, more precisely by the difference between today's date and the sowing date, or by day degrees.
  • the phenological stage can also be determined by a calculation of the cumulative degree days, this calculation possibly including an effect of the agrivoltaic installation on the microclimate.
  • the phenological stage can be determined by several of the preceding means.
  • An optimization module described later makes it possible to optimize agricultural production and photovoltaic production, that is to say, to optimize this light sharing. For example, in the meiosis phase, we can plan to promote sunlight for cultivated plants to the detriment of photovoltaic electricity production.
  • the shade structure By the presence of photovoltaic panels arranged above part of the cultivated plants, the shade structure has an impact on them because it creates shade, it therefore has an impact on the radiation, on the local wind, on soil humidity (evapotranspiration is then limited), on the temperature, etc.
  • Photovoltaic panels can also serve as physical protection (for example against hail), and have a microclimatic impact (temperature, radiation, etc.) on the cultivated area.
  • the supporting structure comprises uprights which support a framework on which the photovoltaic panels are articulated.
  • the photovoltaic panels are mobile.
  • they are movable in rotation from east to west to follow the solar path. We can therefore modify their angular position. In this case they are movable in rotation relative to a horizontal axis, and movable in translation in a horizontal or vertical plane, as illustrated by the double arrows in Figure 1, thanks to a set of actuators.
  • the position or orientation of the photovoltaic panels modifies the microclimatic conditions of the cultivated plants of the agrivoltaic device, for example depending on the shade projected (or not), which impacts the irradiance received by the crops, the temperature foliar, hygrometry, temperature of the soil, evapotranspiration from the soil or wind passing between photovoltaic panels and cultivated plants.
  • the present invention makes it possible to adapt the position or orientation of the photovoltaic panels according to the physiological needs of the crops or their needs for protection against climatic hazards.
  • the agrivoltaic device comprises a real-time control and data acquisition system, known by the acronym SCADA for Supervisory Control And Data Acquisition in English, which is a large-scale remote management system making it possible to remotely control technical installations, and which is configured to control the horizontal, vertical or angular position of all the photovoltaic panels.
  • SCADA Supervisory Control And Data Acquisition in English
  • the agrivoltaic device comprises a set of at least one agro-climatic sensor.
  • the agro-climatic sensors can be local, that is to say arranged under the set of photovoltaic panels.
  • the agro-climatic sensors can be remote, that is to say arranged at a distance less than a predetermined value from the area comprising said set of cultivated plants, but not under the set of photovoltaic panels.
  • the remote agro-climatic sensors are arranged at a distance from the area comprising all of the cultivated plants.
  • the remote agro-climatic sensors are located in a geographical area likely to have a meteorological or climatic impact on the area comprising all of the cultivated plants, for example upstream of the prevailing winds.
  • Satellite sensors can also be provided which make it possible to measure or calculate a meteorological or climatic impact on the area comprising all of the cultivated plants.
  • the agro-climatic data can come from local, remote or satellite agro-climatic sensors, as illustrated in Figure 3.
  • They can also come from a memory of a server which records historical data, for example historical data from local or remote agro-climatic sensors.
  • the agro-climatic data can come from all or part of the sources cited above, that is to say the agro-climatic data can be combined, for example satellite data are combined with local agro-climatic data, forecasts are combined with local agro-climatic data, etc.
  • a low pressure system is detected by a satellite.
  • a weather model predicts thunderstorms over the area including all cultivated plants within a predetermined time frame.
  • Local agro-climatic sensors do not yet detect any variation in pressure, temperature or humidity, but remote agro-climatic sensors detect a sudden variation in at least one of these values.
  • Agro-climatic data from local or remote agro-climatic sensors, or weather forecasts, make it possible, for example, to detect or predict a predetermined climatic or meteorological event.
  • the agro-climatic data is sent to a remote server.
  • a remote server is provided which is configured to receive agro-climatic data, and issue instructions for controlling the position of all the panels to the SCADA, as illustrated in Figure 2.
  • the server includes lines of code, governing the operation of a plurality of modules described below, which make it possible to determine the position of the photovoltaic panels in order to maximize agricultural and electrical production, based at least on agro indicators. -calculated climates, then transmit to the SCADA the position control instructions for all the panels of the agrivoltaic device.
  • agro-climatic data preferably local agro-climatic data (measured or transposed)
  • the agro-climatic indicators depend on the plants cultivated.
  • the agro-climatic indicators can be a known index, for example a drought index, a night coolness index, Huglin index, rainfall distribution, etc. which are calculated or known from a database.
  • the agro-climatic indicators can be a combination or a ratio of agro-climatic data, for example an incident radiation/temperature index, which has a particular influence on photosynthesis, etc.
  • the agro-climatic indicators can also be an accumulation of agro-climatic data, for example an accumulation of sunshine, an accumulation of temperature; an accumulation of irradiance received, in particular at a height from the ground predetermined over a predetermined period, an accumulation of radiation received for photosynthetically active radiation greater than 800 pmol.nr 2 .s' 1 , an accumulation of rain, a number of dry days, a number of rainy days (preferably with a daily amount of rain > 1 mm), a number of annual frost days, a number of frost days in spring, a maximum duration of frost days, a sum of frost temperature, a number of warm days where the temperature is greater than 27°C, a number of very hot days where the temperature is greater than 30°C, an average cumulative temperature over a period, an average cumulative temperature based on 6°C over a period, an average cumulative temperature based on 0° C, a water deficit, in particular with a calculation of cumulative evapotranspiration rain over
  • the agro-climatic indicators being constructed according to the phenological stages, it can be considered that the agro-climatic indicators are pheno-climatic indicators.
  • a microclimate simulation module is provided. This module makes it possible to calculate the microclimate of the shade house, that is to say the influence that this structure has on the cultivated plants, in particular due to the shade cast, or the protection against the rain, etc.
  • the input data of the microclimate module are for example historical data and/or measurements, and for example comparative data between data from history and local measurements under shade.
  • Crops are described by sizing according to their stage of development (for example by measuring the height of the canopy, the length of the stem, etc.).
  • Crops are described according to a set of physiological characteristics, such as water, thermal or radiative stress limits and according to each phenological stage.
  • Crops are described by their relevant agro-climatic indicators, and their impact on the development and future yield and quality of agricultural production.
  • the sensitivities of crops are defined here as the impact of relevant agro-climatic indicators on their development for the construction of agricultural yield, for each phenological stage, for example the cumulative scalding temperature will be relevant for wheat and will have a strongly negative impact during the rising period.
  • a weighting module preferably by phenological stage, configured to assign a set of points to the indicators, and accumulate them according to the following criteria:
  • a set of points is allocated to electrical production, for example by increments of quantity produced or proportionally to the quantity produced;
  • a set of points is allocated to the stress avoided
  • a set of points is assigned to the quantity of radiation or if the quantity of radiation is greater than a predetermined threshold value
  • the difference is calculated between the accumulation of all the points allocated for said criterion and a predetermined threshold value for said criterion.
  • the quantity of cumulative radiation determined is less than a threshold value, and has the greatest difference.
  • the advantage of a weighting module per phenological stage is that, for two different phenological stages, the same sensors, even if they resulted in the same measurement values, will not give the same weightings, which makes it possible to control the position of photovoltaic panels as close as possible to the real needs of cultivated plants, that is to say control of the position of photovoltaic panels, therefore the production of electrical energy and the production of cultivated plants, by phenological stage .
  • a heuristic module which includes a set of rules, which correspond to a course of action, that is to say the position that the photovoltaic panels must adopt in the event of predetermined events, for example bad weather, or in the event of singular events, for example rainfall below or above a threshold value, a wind speed above a threshold value, an episode of hail, frost, a lower air or ground temperature or greater than a threshold value, etc.
  • the heuristic module if activated, short-circuits all the other modules.
  • the remote server includes an optimization module, configured to optimize both the production of photovoltaic energy and the production of crops.
  • agro-climatic data which can be historical data, in real time, or predictions, and in this case based on agro-climatic indicators
  • the optimization module comprises a calculator and a set of at least one memory, as well as wired or wireless communication means.
  • the optimization module is configured to receive data and issue control instructions.
  • the optimization module is configured to receive agro-climatic data or agro-climatic indicators.
  • the agro-climatic data include at least one of:
  • pedoclimatic data which relate to all the conditions external climate to which the soil of cultivated plants is subject, and for example the temperature, hydromorphy, hygrometry, aeration, partial pressure of CO2, rainfall, wind, etc. ;
  • the agro-climatic data are sent by at least one of the agro-climatic sensors.
  • the optimization module issues control instructions to the SCADA to optimally position the photovoltaic panels.
  • the optimization module includes an automatic learning algorithm, therefore artificial intelligence.
  • the automatic learning algorithm is configured to simultaneously optimize the production of electricity of photovoltaic origin and the agricultural production of plants.
  • a learning step is provided based on at least one of the data sets among:
  • the weather model makes it possible to calculate a predetermined risk over a predetermined geographical area within a predetermined time range, for example a risk of rain on a plot in less than 3 hours, a heatwave episode in the region for the next 3 weeks, etc. .
  • the model can include the calculation of a confidence index or a probability rate.
  • a review step is planned at the end of the year, consisting of determining at least the production of photovoltaic electrical energy.
  • plants are sensitive; for example, they are sensitive to cold, heat, frost, hail, drought, etc. and this sensitivity is a function in particular of the phenological stage but sometimes also of hygrometry.
  • This module makes it possible to determine the physiological needs of plants by phenological stage, for example in the form of a correspondence table.
  • each phenological stage corresponds to a set of needs, for example, an average temperature, average daily sunshine, etc.
  • the physiological needs of plants may include, for example, the content of macroelements (carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, magnesium); in trace elements (iron, manganese, copper, zinc, boron, molybdenum); the values of which are obtained by chemical measurements of the soil but on which the shade house a priori has little or no influence.
  • macroelements carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, magnesium
  • trace elements iron, manganese, copper, zinc, boron, molybdenum
  • the physiological needs of plants include in particular water content; the amount of light, temperature, etc. which are agroclimatic data.
  • Physiological needs can also include agro-climatic indicators to be achieved, for example cumulative sunshine, cumulative temperature; etc. over a given period, the period may be a predefined duration, for example a number of days, or the phenological stage as a whole.
  • This module makes it possible to define in particular light and water requirements, or stress limits, to ensure the yield of a given plant crop.
  • This module also makes it possible to calculate the period of time during which the plants are subjected to stress, in relation to their phenological stage.
  • the optimization module can thus control the position of the photovoltaic panels based on this temporal weighting.
  • the stress limits are known by threshold values recorded in a memory. By comparing the values of agro-climatic indicators to the corresponding threshold values, it can be determined whether crops present water stress (soil humidity above or below a predetermined threshold value), thermal stress (soil temperature air or soil beyond or below a predetermined threshold value), or radiative stress (luminosity beyond a predetermined threshold value).
  • the module for determining the physiological needs of plants includes the optimal values of the physiological needs of cultivated plants for each phenological stage.
  • the temperature is very important for the budding stage but less so for the maturation stage.
  • This module makes it possible to model the quantity of photovoltaic energy produced by the agrivoltaic device at least per time step and by the relative position of the photovoltaic panels and the sun.
  • the relative position can be known for example based on the date in the calendar or based on sensors, for example photodiodes.
  • the agrivoltaic device is planned to simulate the electrical production of the agrivoltaic device as a function at least of its latitude and the relative position of the photovoltaic panels in relation to the sun.
  • the monofacial or bifacial nature of the photovoltaic panels is taken into account in the simulation of electrical production.
  • bifacial photovoltaic panels also produce by reverberation on the ground, that is to say diffuse radiation and reflected radiation.
  • This module advantageously takes into account the bifaciality coefficient; the network incidence loss parameters, or “IAM” or “array incidence loss”, as described for example on the page https://www.pvsyst.com/help/iam_loss.htm.
  • This module is connected to the dimensional calculation module of the supporting structure.
  • the height of the photovoltaic panels that is to say the height of the axis of rotation of the photovoltaic panels
  • This module calculates the micro-climatic impact of the shade house.
  • Remote agro-climatic data can be used instead of local agro-climatic data, but this can introduce bias since remote microclimatic conditions are generally different from local microclimatic conditions.
  • an agro-climatic data transposition module which transposes at least certain remote agro-climatic data (outside the shade house) into local agro-climatic data (under the shade house), for example the incident radiation, the temperature, wind, etc.
  • the transposition module is connected to the dimensional calculation module of the supporting structure.
  • It is configured to transpose the value of remote agro-climatic data into the value of local agro-climatic data, with reference to a mathematical model taking into account shading, for example a correspondence table, which depends in particular on the supporting structure and latitude.
  • the distant agro-climatic data are measured in a three-dimensional reference frame, and according to a predetermined step, in this case 10 cm x 10 cm in a horizontal plane.
  • the transposition module is also configured to calculate the potential evapotranspiration (ETP) of the ground under the shade, the limousine nature- neous, clayey or calcareous soil being known, for example by a prior diagnosis.
  • ETP potential evapotranspiration
  • the useful reserve of the ground under the shade is also known, for example thanks to the preliminary diagnosis.
  • a water balance is also calculated, knowing the rainfall inputs (measured or averaged). We can then control the shading of the photovoltaic panels so that, the potential evapotranspiration having been calculated, the water balance remains positive.
  • the transposition module is also configured to calculate a risk of stress (water, radiative or thermal), the stress being dependent on the phenological stage.
  • Stress is an agro-climatic sensitivity. For example, plants are particularly sensitive to water stress at a certain phenological stage and less sensitive to water stress at other phenological stages.
  • water stress is detected if the water balance is below a predetermined threshold value.
  • the risk of water stress can be controlled by the value of the difference between the water balance value and the predetermined threshold value.
  • This module makes it possible to model agricultural production according to the physiological needs and agro-climatic sensitivities of said plants, for each phenological stage of said plants.
  • the present invention aims to optimize both agricultural production and the production of photovoltaic energy.
  • this module is configured to calculate the agricultural result sought by the sum of the agricultural results by phenological stage, under shade.
  • the optimization module can thus issue a control instruction to said SCADA control system, for example to anticipate a climatic event which approaches the area of cultivated plants, and for example unfold the photovoltaic panels as much as possible so that they protect all cultivated plants from rain, snow, hail, etc.
  • the control instruction to the SCADA control system can be to fold the photovoltaic panels as much as possible in order to leave maximum sunlight to the cultivated plants.
  • the control instruction sent to the SCADA control system includes the horizontal, vertical or angular position that at least one photovoltaic panel must adopt for a given period, that is to say a determined time range.
  • the horizontal, vertical or angular position is a function of at least said determined phenological stage and the relative position of said photovoltaic panel and the sun, which is linked to the day of the year and the time of day. day ; as well as the relative position of said photovoltaic panel and said plants, that is to say in particular the shadow projected by a photovoltaic panel on the plants, as a function of its horizontal and vertical position, as well as its angular position.
  • the SCADA can control, automatically and regularly, the position and orientation of the photovoltaic panels so as to meet the needs for sunshine, temperature, humidity and rainfall of crops over a given period of time.
  • the photovoltaic panels are oriented during a fraction of the day according to a first position to allow as much light as possible to pass through, to the detriment of electrical production. Then, once the plants' need for sunlight is satisfied, the photovoltaic panels are oriented during another fraction of the day in a second position to maximize electricity production.
  • the orientation of the photovoltaic panels can be modified to shelter the cultivated plants from the sun by the shadow projected by the photovoltaic panels and thus avoid excessive heating of them.
  • the agrivoltaic device is also connected to a set of at least one meteorological station, that is to say to remote agro-climatic sensors.
  • the agro-climatic data transmitted by the set of meteorological stations are received by the optimization module.
  • the optimization module makes it possible to optimize the yield of cultivated plants, thanks to agro-climatic indicators, while losing as little photovoltaic production as possible.

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Abstract

The invention relates to a method for controlling an agrivoltaic system comprising: - a shading structure comprising mobile photovoltaic panels arranged above a set of cultivated plants, - a system for control and real-time data acquisition in order to control the horizontal, vertical or angular position of the panels, and - an optimisation module for determining the optimal position of the panels on the basis at least of the phenological stage of said plants, by reference to a model that comprises, for each plant: a set of phenological stages and a correlation between said stage and at least one of: - a set of physiological needs; - a set of agro-climatic sensitivities; - a set of agro-climatic indicators; in order to have the plants in microclimatic conditions which are favourable for obtaining a desired agricultural result while seeking to achieve optimum photoelectric energy production compared to a reference without plant cultivation.

Description

Procédé de pilotage d’un dispositif agrivoltaïque. Method for controlling an agrivoltaic device.
[0001] La présente invention concerne le domaine de l’agrivoltaïsme, c’est-à-dire une production d'énergie électrique à l'aide de cellules photovoltaïques couplée à une production agricole, dont le but est de protéger les cultures des aléas climatiques et de moduler le microclimat face au changement climatique, afin d’assurer une production agricole viable, pérenne et une production électrique d’origine solaire sur une même surface. [0001] The present invention relates to the field of agrivoltaism, that is to say a production of electrical energy using photovoltaic cells coupled with agricultural production, the aim of which is to protect crops from hazards climates and to modulate the microclimate in the face of climate change, in order to ensure viable, sustainable agricultural production and solar-powered electricity production on the same surface.
[0002] La production agricole est assurée par un ensemble de plantes cultivées. Les plantes peuvent être les mêmes ou différentes. [0002] Agricultural production is ensured by a set of cultivated plants. The plants can be the same or different.
[0003] La production électrique est assurée par un ensemble de panneaux photovoltaïques disposés sur une structure porteuse, recouvrant tout ou partie des plantes cultivées. Comme décrit ultérieurement, les panneaux photovoltaïques sont mobiles, par exemple pour suivre la course du soleil. [0003] Electricity production is ensured by a set of photovoltaic panels arranged on a supporting structure, covering all or part of the cultivated plants. As described later, the photovoltaic panels are mobile, for example to follow the path of the sun.
[0004] L’optimisation de la production électrique consiste généralement à orienter les panneaux photovoltaïques perpendiculairement aux rayons solaires. Mais cette optimisation de production électrique peut s’avérer nuire à l’optimisation de la production agricole, par exemple du fait d’une ombre projetée par les panneaux photovoltaïques sur les plantes cultivées. [0004] Optimizing electrical production generally consists of orienting the photovoltaic panels perpendicular to the solar rays. But this optimization of electricity production can prove to be detrimental to the optimization of agricultural production, for example due to a shadow cast by photovoltaic panels on cultivated plants.
[0005] Il existe des solutions qui cherchent à résoudre ce défi technologique, notamment par l’exemple qu’en donne le document de l’état de la technique antérieure FR3019274. [0005] There are solutions which seek to resolve this technological challenge, in particular by the example given in the state of the prior art document FR3019274.
[0006] La présente invention a pour but d’améliorer encore les solutions existantes. [0006] The present invention aims to further improve existing solutions.
[0007] Au sens de la présente invention, on entend indistinctement « variété » et « cultivar ». [0007] For the purposes of the present invention, “variety” and “cultivar” are understood indiscriminately.
[0008] La notion de « variété » n’est pas limitée à celle du rang taxonomique. Elle doit être comprise au sens de la présente invention comme la plante cultivée ou son type. On parlera donc de production agricole d’une « variété » d’arbres fruitiers, autant que de production agricole d’une « variété » de fraises, etc. [0008] The notion of “variety” is not limited to that of taxonomic rank. It must be understood within the meaning of the present invention as the cultivated plant or its type. We will therefore speak of agricultural production of a “variety” of fruit trees, as much as of agricultural production of a “variety” of strawberries, etc.
[0009] En modifiant les conditions microclimatiques sous dispositif agrivoltaïque, la présente invention permet de réduire les stress abiotiques (hydrique, thermique et radiatif) pour les plantes, assurer leurs besoins physiologiques, les protéger contre les aléas climatiques, et permet de trouver une synergie entre la production agricole et la production électrique d’origine photovoltaïque. [0009] By modifying the microclimatic conditions under an agrivoltaic device, the present invention makes it possible to reduce abiotic stress (water, thermal and radiative) for plants, ensure their physiological needs, protect them against climatic hazards, and makes it possible to find a synergy between agricultural production and photovoltaic electricity production.
[0010] [0010]
[0011] Plus précisément, l’invention concerne selon un premier de ses objets, un procédé de pilotage d’un dispositif agrivoltaïque, ledit dispositif agrivoltaïque comprenant : [0011] More precisely, the invention relates, according to a first of its objects, to a method of controlling an agrivoltaic device, said agrivoltaic device comprising:
[0012] - un ensemble de panneaux photovoltaïques disposés au-dessus d’une zone comprenant un ensemble de plantes cultivées, [0012] - a set of photovoltaic panels arranged above an area comprising a set of cultivated plants,
[0013] - un ensemble d’actuateurs, configurés pour modifier la position dudit ensemble des panneaux, [0013] - a set of actuators, configured to modify the position of said set of panels,
[0014] - une structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques, lesdits panneaux étant mobiles selon l’un au moins parmi : en rotation par rapport à un axe horizontal ; en translation dans un plan horizontal, en translation selon un axe vertical, de sorte à pouvoir adopter plusieurs positions horizontales, verticales ou angulaires grâce audit ensemble d’actuateurs, et disposés à une hauteur inférieure à une valeur prédéterminée d’un ensemble de plantes cultivées, l’ombre projetée sur les plantes par les panneaux photovoltaïques étant modifiée par le changement de position ou d’angle desdits panneaux, modifiant ainsi les conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées ; [0014] - a supporting structure which supports the photovoltaic panels, said panels being movable in at least one of: in rotation relative to a horizontal axis; in translation in a horizontal plane, in translation along a vertical axis, so as to be able to adopt several horizontal, vertical or angular positions thanks to said set of actuators, and arranged at a height less than a predetermined value of a set of cultivated plants, the shadow projected on the plants by the photovoltaic panels being modified by the change in position or angle of said panels, thus modifying the microclimatic conditions of the area comprising all the cultivated plants;
[0015] - un système de commande et d’acquisition de données en temps réel, configuré pour piloter la position horizontale, verticale ou angulaire de l’ensemble de panneaux photovoltaïques, [0015] - a real-time control and data acquisition system, configured to control the horizontal, vertical or angular position of the set of photovoltaic panels,
[0016] - un serveur, configuré pour recevoir et stocker des données agro-climatiques et comportant un module d’optimisation comprenant des lignes de code définissant son fonctionnement et configuré pour émettre des instructions de commande au système de commande pour la position des panneaux photovoltaïques ; [0016] - a server, configured to receive and store agro-climatic data and comprising an optimization module comprising lines of code defining its operation and configured to issue control instructions to the control system for the position of the photovoltaic panels ;
[0017] le procédé comprenant des étapes consistant à : [0017] the method comprising steps consisting of:
[0018] - déterminer le stade phénologique auquel se trouvent lesdites plantes ; [0018] - determine the phenological stage at which said plants are found;
[0019] - recevoir, par un module d’optimisation, un ensemble de données agro-climatiques relatives à la zone comprenant un ensemble de plantes cultivées ; [0019] - receive, via an optimization module, a set of agro-climatic data relating to the area comprising a set of cultivated plants;
[0020] - calculer, par le module d’optimisation, un ensemble d’indicateurs agro-climatiques en fonction desdites données agro-climatiques. [0020] - calculate, by the optimization module, a set of agro-climatic indicators based on said agro-climatic data.
[0021] Il est essentiellement caractérisé en ce qu’il comprend en outre des étapes consistant à : [0021] It is essentially characterized in that it further comprises steps consisting of:
[0022] - déterminer un rendement potentiel de l’ensemble de plantes cultivées, [0022] - determine a potential yield of all cultivated plants,
[0023] - déterminer l’impact de chaque indicateur agro-climatique calculé sur le rendement potentiel de l’ensemble de plantes cultivées en fonction de leur stade phénologique déterminé, [0023] - determine the impact of each calculated agro-climatic indicator on the potential yield of all cultivated plants according to their determined phenological stage,
[0024] - émettre, par le module d’optimisation vers le système de commande, une instruction de commande, comprenant la position horizontale, verticale ou angulaire que doit adopter au moins un panneau photovoltaïque pour une période donnée, l’instruction de commande étant fonction de l’ensemble d’indicateurs agro-climatiques et de l’impact de chaque indicateur agro-climatique calculé sur le rendement potentiel de l’ensemble de plantes cultivées. [0024] - transmit, by the optimization module to the control system, a control instruction, comprising the horizontal, vertical or angular position that at least one photovoltaic panel must adopt for a given period, the control instruction being function of the set of agro-climatic indicators and the impact of each agro-climatic indicator calculated on the potential yield of the set of cultivated plants.
[0025] Grâce à la présente invention, on peut agir sur le rendement des plantes cultivées en modifiant le microclimat par le pilotage de la position des panneaux du dispositif agrivoltaïque, grâce aux indicateurs agro-climatiques calculés, le rendement étant calculé par stade phénologique. [0025] Thanks to the present invention, it is possible to act on the yield of cultivated plants by modifying the microclimate by controlling the position of the panels of the agrivoltaic device, thanks to the calculated agro-climatic indicators, the yield being calculated by phenological stage.
[0026] En particulier, le calcul par le module d’optimisation d’un ensemble d’indicateurs agro-climatiques peut être mis en œuvre grâce à des modélisations prenant en compte l’impact des panneaux photovoltaïques sur le microclimat. On peut lier ces indicateurs aux conditions de bon développement des cultures par stade phénologique, permettant la construction du rendement et la qualité de la production agricole et calculer la production électrique grâce à une mo- délisation du productible électrique pour toute position des panneaux photovoltaïques. [0026] In particular, the calculation by the optimization module of a set of agro-climatic indicators can be implemented thanks to modeling taking into account the impact of photovoltaic panels on the microclimate. We can link these indicators to the conditions for good development of crops by phenological stage, allowing the construction of the yield and the quality of agricultural production and calculate the electrical production thanks to a model. delization of the electrical output for any position of the photovoltaic panels.
[0027] [0027]
[0028] On peut prévoir que le rendement potentiel est calculé en référence à un modèle comprenant l’impact de chaque indicateur agro-climatique, par stade phénologique, sur un rendement olympique moyen, le rendement potentiel étant calculé de préférence, à l'instant t. [0028] It can be expected that the potential yield is calculated with reference to a model comprising the impact of each agro-climatic indicator, by phenological stage, on an average Olympic yield, the potential yield being calculated preferably, at the instant t.
[0029] [0029]
[0030] On peut prévoir que l’instruction de commande est déterminée par un algorithme d’optimisation, ayant été préalablement entrainé sur un jeu de données agro-climatiques composées de données construites grâce à des données issues d’historiques climatiques locaux et de modèles d’évolution climatiques, permettant de prendre des décisions pertinentes au regard de la variété des scénarios climatiques pouvant arriver. [0030] It can be expected that the control instruction is determined by an optimization algorithm, having been previously trained on a set of agro-climatic data composed of data constructed using data from local climatic histories and models. of climate change, allowing relevant decisions to be made given the variety of climate scenarios that may occur.
[0031] [0031]
[0032] L’ensemble d’indicateurs agro-climatiques peut prendre en compte l’impact microclimatique du dispositif agrivoltaïque. [0032] The set of agro-climatic indicators can take into account the microclimatic impact of the agrivoltaic device.
[0033] [0033]
[0034] En particulier, on peut prévoir que l’impact microclimatique du dispositif agrivoltaïque est pris en compte grâce à des modélisations du microclimat induit par le dispositif agrivoltaïque, comme l’ombre portée, la température de l’air, du sol, l’évapotranspiration potentielle, l’hygrométrie, le vent, l’humidité du sol, etc. en utilisant les données du module de calcul dimensionnel de l'ombrière. [0034] In particular, we can predict that the microclimatic impact of the agrivoltaic device is taken into account thanks to modeling of the microclimate induced by the agrivoltaic device, such as the shadow cast, the temperature of the air, of the ground, the potential evapotranspiration, hygrometry, wind, soil humidity, etc. using data from the shade house dimensional calculation module.
[0035] La production électrique peut prendre en compte l’ensemble des positions des panneaux photovoltaïques, grâce à une modélisation de la production électrique qui peut notamment calculer la perte de production électrique lorsque les panneaux ne sont pas dans une position angulaire correspondant à une production maximale. [0035] The electrical production can take into account all the positions of the photovoltaic panels, thanks to a modeling of the electrical production which can in particular calculate the loss of electrical production when the panels are not in an angular position corresponding to a production maximum.
[0036] [0036]
[0037] On peut prévoir de calculer, par le module d’optimisation, les besoins de modulation du microclimat et de protection pour les plantes en fonction des indicateurs agro-climatiques pertinents, spécifiques aux plantes cultivées, l’impact de ces indicateurs sur le rendement potentiel des plantes cultivées, pour chaque stade phénologique déterminé par ailleurs. On peut déterminer le rendement potentiel par au moins l’un des moyens suivants pris isolément ou en combinaison : de manière théorique, par calcul, par modélisation, par observation. [0037] We can plan to calculate, by the optimization module, the microclimate modulation and protection needs for the plants based on the relevant agro-climatic indicators, specific to cultivated plants, the impact of these indicators on the potential yield of cultivated plants, for each phenological stage determined elsewhere. The potential yield can be determined by at least one of the following means taken individually or in combination: theoretically, by calculation, by modeling, by observation.
[0038] [0038]
[0039] On peut prévoir en outre une étape consistant à : [0039] We can also provide a step consisting of:
[0040] - attribuer un poids à chaque indicateur agro-climatique calculé ; le poids attribué étant fonction du stade phénologique déterminé. [0040] - assign a weight to each calculated agro-climatic indicator; the weight assigned being a function of the phenological stage determined.
[0041] [0041]
[0042] On peut aussi prévoir de : [0042] We can also plan to:
- cumuler l’ensemble des points attribués, et - piloter la position des panneaux en fonction de l’écart entre le cumul de l’ensemble des points attribués et une valeur seuil prédéterminée. - accumulate all the points awarded, and - control the position of the panels according to the difference between the accumulation of all the points allocated and a predetermined threshold value.
[0043] [0043]
[0044] Plus précisément, on peut prévoir d’attribuer un poids à chaque indicateur agro-climatique calculé et à la production électrique ; le poids attribué étant fonction de l’impact sur le rendement potentiel des cultures, fonction du stade phénologique déterminé et pouvant être positif ou négatif en fonction de son impact sur les productions agricoles et électriques. Ces poids permettent à l’algorithme d’optimisation de déterminer la position des panneaux, permettant d’assurer le bon développement des cultures tout en assurant une production électrique significative. [0044] More precisely, we can plan to assign a weight to each calculated agro-climatic indicator and to electricity production; the weight assigned being a function of the impact on the potential yield of the crops, a function of the phenological stage determined and which can be positive or negative depending on its impact on agricultural and electrical production. These weights allow the optimization algorithm to determine the position of the panels, ensuring the proper development of crops while ensuring significant electrical production.
[0045] [0045]
[0046] On peut prévoir que les données agro-climatiques sont envoyées par l’un au moins parmi : [0046] It can be expected that the agro-climatic data are sent by at least one of:
[0047] - des capteurs agro-climatiques locaux, disposés sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques ; [0047] - local agro-climatic sensors, arranged under the set of photovoltaic panels;
[0048] - des capteurs agro-climatiques distants, disposés à une distance inférieure à une valeur prédéterminée de la zone comprenant ledit ensemble de plantes cultivées, mais pas sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques ; [0048] - remote agro-climatic sensors, arranged at a distance less than a predetermined value from the area comprising said set of cultivated plants, but not under the set of photovoltaic panels;
[0049] - des capteurs satellitaires ; [0049] - satellite sensors;
[0050] les données agro-climatiques pouvant également être : [0050] the agro-climatic data can also be:
[0051] - des données d’historique enregistrées dans une mémoire ; et [0051] - historical data recorded in a memory; And
[0052] - des données de prévisions météorologiques. [0052] - weather forecast data.
[0053] [0053]
[0054] On peut prévoir au moins l’une des étapes parmi : [0054] We can provide at least one of the steps among:
[0055] - une détermination des besoins physiologiques desdites plantes par stade phénologique ; [0055] - a determination of the physiological needs of said plants by phenological stage;
[0056] - une modélisation de la production électrique desdits panneaux photovoltaïques au moins par pas de temps et par la position relative desdits panneaux photovoltaïques et du soleil ; [0056] - a modeling of the electrical production of said photovoltaic panels at least per time step and by the relative position of said photovoltaic panels and the sun;
[0057] - un calcul dimensionnel de la structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques ; [0057] - a dimensional calculation of the supporting structure which supports the photovoltaic panels;
[0058] - une détermination des conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées du dispositif agrivoltaïque ; [0058] - a determination of the microclimatic conditions of the area comprising all the cultivated plants of the agrivoltaic device;
[0059] - une modélisation de résultat agricole recherché desdites plantes, en fonction des indicateurs agro-climatiques desdites plantes, pour chaque stade phénologique desdites plantes ; [0059] - a modeling of the desired agricultural result of said plants, according to the agro-climatic indicators of said plants, for each phenological stage of said plants;
[0060] [0060]
[0061] l’instruction de commande étant fonction de l’une au moins desdites étapes. [0061] the control instruction being a function of at least one of said steps.
[0062] [0062]
[0063] On peut prévoir en outre des étapes consistant à : [0063] It is also possible to provide steps consisting of:
[0064] - détecter ou prévoir un événement climatique ou météorologique prédéterminé ; et [0064] - detect or predict a predetermined climatic or meteorological event; And
[0065] - émettre une instruction de commande de la position horizontale, verticale ou angulaire d’au moins un panneau photovoltaïque, en fonction du moment auquel ledit événement climatique ou météorologique est prévu ou détecté. [0065] - issue an instruction for controlling the horizontal, vertical or angular of at least one photovoltaic panel, depending on the moment at which said climatic or meteorological event is predicted or detected.
[0066] [0066]
[0067] On peut prévoir en outre une étape consistant à simuler la production électrique du dispositif agrivoltaïque en fonction au moins de sa latitude et de la position relative des panneaux photovoltaïques par rapport au soleil, lesdits panneaux photovoltaïques pouvant être bifaciaux. [0067] We can also provide a step consisting of simulating the electrical production of the agrivoltaic device as a function at least of its latitude and the relative position of the photovoltaic panels relative to the sun, said photovoltaic panels being able to be bifacial.
[0068] [0068]
[0069] On peut prévoir une étape d’apprentissage automatique, configurée pour optimiser simultanément la production d’électricité d'origine photovoltaïque et la production agricole desdites plantes, [0069] We can provide an automatic learning step, configured to simultaneously optimize the production of electricity of photovoltaic origin and the agricultural production of said plants,
[0070] l’apprentissage étant basé sur lesdites données agro-climatiques. [0070] the learning being based on said agro-climatic data.
[0071] [0071]
[0072] De préférence, l’entrainement de l’algorithme d’optimisation des instructions de commande des panneaux photovoltaïques utilise des données d’historique agro-climatiques, et permet un apprentissage grâce à des scénarios climatiques variés et diversifiés afin de générer des instructions de commande de la position des panneaux du dispositif agrivoltaïque maximisant les productions agricoles et électriques. [0072] Preferably, the training of the algorithm for optimizing the control instructions for photovoltaic panels uses historical agro-climatic data, and allows learning using varied and diversified climatic scenarios in order to generate instructions controlling the position of the panels of the agrivoltaic device maximizing agricultural and electrical production.
[0073] [0073]
[0074] On peut prévoir que l’étape consistant à déterminer le stade phénologique auquel se trouve lesdites plantes est mis en oeuvre par déclaration, par date du calendrier, par traitement d’image desdites plantes, ou par cumul de degrés / jour, éventuellement incluant un effet d’ombrage. [0074] It can be envisaged that the step consisting of determining the phenological stage at which said plants are found is implemented by declaration, by calendar date, by image processing of said plants, or by accumulation of degrees/day, optionally including a shading effect.
[0075] [0075]
[0076] On peut prévoir que le dispositif agrivoltaïque est en outre relié à un ensemble d’au moins une station météorologique, éventuellement en réseau ; [0076] It can be envisaged that the agrivoltaic device is also connected to a set of at least one meteorological station, possibly in a network;
[0077] les données agro-climatiques reçues par le module d’optimisation étant issues au moins par ledit ensemble d’au moins une station météorologique. [0077] the agro-climatic data received by the optimization module being issued at least by said set of at least one meteorological station.
[0078] [0078]
[0079] Selon un autre de ses objets, l’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un serveur, configuré pour recevoir et stocker des données agro-climatiques, et comportant un module d’optimisation comprenant des lignes de code définissant son fonctionnement et configuré pour émettre des instructions de commande au système de commande pour la position des panneaux photovoltaïques. [0079] According to another of its objects, the invention also relates to a computer program comprising program code instructions for executing the steps of the method according to the invention, when said program is executed on a server, configured for receiving and storing agro-climatic data, and comprising an optimization module comprising lines of code defining its operation and configured to issue control instructions to the control system for the position of the photovoltaic panels.
[0080] La présente invention présente les 3 critères avantageux suivants pour le pilotage d’un dispositif agrivoltaïque : [0080] The present invention presents the following 3 advantageous criteria for controlling an agrivoltaic device:
• L’efficacité, grâce à un module de simulation du microclimat qui permet de calculer le microclimat induit par les panneaux du dispositif agrivoltaïque, qui est relié au rendement des cultures (et qui est un modèle de rendement, pas un modèle de croissance), grâce à un modèle semi empirique ; • La simplicité, grâce aux indicateurs agro-climatiques de l’invention qui sont beaucoup plus simples que les modèles écophysiologiques existant et qui, comprenant énormément de paramètres, sont très compliqués ; • Efficiency, thanks to a microclimate simulation module which makes it possible to calculate the microclimate induced by the panels of the agrivoltaic device, which is linked to crop yield (and which is a yield model, not a growth model), thanks to a semi-empirical model; • Simplicity, thanks to the agro-climatic indicators of the invention which are much simpler than existing ecophysiological models and which, comprising a huge number of parameters, are very complicated;
• La robustesse, grâce à un jeu de données climatiques pour entrainer l’algorithme de pilotage. • Robustness, thanks to a set of climatic data to train the control algorithm.
[0081] [0081]
[0082] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées. Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following description given by way of illustrative and non-limiting example and made with reference to the appended figures.
[0083] [Fig. 1] illustre un dispositif agrivoltaïque selon l’art antérieur ; [0083] [Fig. 1] illustrates an agrivoltaic device according to the prior art;
[0084] [Fig. 2] illustre un schéma fonctionnel pour la mise en oeuvre d’un mode de réalisation du procédé selon l’invention ; [0084] [Fig. 2] illustrates a functional diagram for the implementation of an embodiment of the method according to the invention;
[0085] [Fig. 3] illustre l’envoi de données agro-climatiques à un serveur selon l’invention. [0085] [Fig. 3] illustrates the sending of agro-climatic data to a server according to the invention.
Description détaillée detailed description
[0086] La présente invention est basée sur la détermination du stade phénologique des plantes cultivées, et sur l’asservissement de la position des panneaux photovoltaïques notamment au stade phénologique déterminé. The present invention is based on determining the phenological stage of cultivated plants, and on controlling the position of the photovoltaic panels in particular at the determined phenological stage.
[0087] De préférence, les stades phénologiques sont ceux de l’échelle BBCH. [0087] Preferably, the phenological stages are those of the BBCH scale.
[0088] On peut prévoir un ensemble de stades phénologiques par plante ou par groupe de plantes (par exemple les fruits à pépins, notamment la vigne ; les fruits à noyau, etc.). [0088] We can provide a set of phenological stages per plant or per group of plants (for example pome fruits, notably vines; stone fruits, etc.).
[0089] [0089]
[0090] * Dispositif agrivoltaïque * [0090] * Agrivoltaic device *
[0091] [0091]
[0092] Un dispositif agrivoltaïque, également appelé « ombrière », est illustré sur la figure 1. [0092] An agrivoltaic device, also called a “shade”, is illustrated in Figure 1.
[0093] Il comprend une structure porteuse qui soutient un ensemble de panneaux photovoltaïques. [0093] It includes a supporting structure which supports a set of photovoltaic panels.
[0094] Les plantes cultivées peuvent être de tout type et par exemple être des cultures maraîchères, des vignes, des arbres - notamment fruitiers, des arbustes, etc. y compris une pluralité de plantes différentes. [0094] The cultivated plants can be of any type and for example be market garden crops, vines, trees - particularly fruit trees, shrubs, etc. including a plurality of different plants.
[0095] On prévoit de déterminer le stade phénologique, de développement ou de croissance, auquel se trouvent lesdites plantes, par exemple la sortie de dormance, le bourgeonnement, la floraison, la maturation, etc. [0095] It is planned to determine the phenological stage, of development or growth, at which said plants are found, for example the emergence from dormancy, budding, flowering, maturation, etc.
[0096] Par exemple, le stade phénologique peut être déclaré, en particulier via une interface graphique. Il peut aussi être déterminé par date du calendrier, plus précisément de la différence entre la date du jour et la date de semis, ou encore par degrés jour. [0096] For example, the phenological stage can be declared, in particular via a graphical interface. It can also be determined by calendar date, more precisely by the difference between today's date and the sowing date, or by day degrees.
[0097] Il peut aussi être déterminé par traitement d’image desdites plantes. Par exemple on réalise un ensemble d’images des plantes cultivées, manuellement, par caméra ou par drone, et un logiciel de traitement d’images permet de déterminer le stade phénologique. De préférence à cet effet, on met en œuvre un logiciel d’intelligence artificielle comprenant un apprentissage adapté à chaque plante cultivée. Enfin, le stade phénologique peut également être déterminé par un calcul du cumul de degrés-jour, ce calcul pouvant éventuellement inclure un effet de l’installation agrivoltaïque sur le microclimat. [0097] It can also be determined by image processing of said plants. For example, we produce a set of images of cultivated plants, manually, by camera or by drone, and image processing software makes it possible to determine the phenological stage. Preferably for this purpose, we put in implements artificial intelligence software including learning adapted to each cultivated plant. Finally, the phenological stage can also be determined by a calculation of the cumulative degree days, this calculation possibly including an effect of the agrivoltaic installation on the microclimate.
[0098] Le stade phénologique peut être déterminé par plusieurs des moyens précédents. [0098] The phenological stage can be determined by several of the preceding means.
[0099] Il existe donc un partage du rayonnement lumineux solaire entre les panneaux photovoltaïques et les plantes cultivées, indistinctement appelées « cultures ». [0099] There is therefore a sharing of solar light radiation between the photovoltaic panels and the cultivated plants, indiscriminately called “crops”.
[0100] Un module d’optimisation décrit ultérieurement permet d’optimiser la production agricole et la production photovoltaïque, c’est-à-dire d’optimiser ce partage lumineux. Par exemple en phase de méiose, on peut prévoir de favoriser l’ensoleillement des plantes cultivées au détriment de la production d’électricité photovoltaïque. [0100] An optimization module described later makes it possible to optimize agricultural production and photovoltaic production, that is to say, to optimize this light sharing. For example, in the meiosis phase, we can plan to promote sunlight for cultivated plants to the detriment of photovoltaic electricity production.
[0101] Par la présence de panneaux photovoltaïques disposés au-dessus d’une partie des plantes cultivées, la structure d’ombrière a un impact sur celles-ci car elle créé de l’ombre, elle a donc un impact sur le rayonnement, sur le vent local, sur l’humidité du sol (l’évapotranspiration est alors limitée), sur la température, etc. [0101] By the presence of photovoltaic panels arranged above part of the cultivated plants, the shade structure has an impact on them because it creates shade, it therefore has an impact on the radiation, on the local wind, on soil humidity (evapotranspiration is then limited), on the temperature, etc.
[0102] Les panneaux photovoltaïques peuvent aussi servir de protection physique (par exemple contre la grêle), et ont un impact microclimatique (température, rayonnement, etc.) sur la zone cultivée. [0102] Photovoltaic panels can also serve as physical protection (for example against hail), and have a microclimatic impact (temperature, radiation, etc.) on the cultivated area.
[0103] La structure porteuse comporte des montants qui supportent une ossature sur laquelle sont articulés les panneaux photovoltaïques. [0103] The supporting structure comprises uprights which support a framework on which the photovoltaic panels are articulated.
[0104] Les panneaux photovoltaïques sont mobiles. [0104] The photovoltaic panels are mobile.
[0105] De préférence, ils sont mobiles en rotation d’est en ouest pour suivre la course solaire. On peut donc modifier leur position angulaire. En l’espèce ils sont mobiles en rotation par rapport à un axe horizontal, et mobiles en translation dans un plan horizontal ou vertical, comme illustré par les flèches doubles sur la figure 1 , grâce à un ensemble d’actuateurs. [0105] Preferably, they are movable in rotation from east to west to follow the solar path. We can therefore modify their angular position. In this case they are movable in rotation relative to a horizontal axis, and movable in translation in a horizontal or vertical plane, as illustrated by the double arrows in Figure 1, thanks to a set of actuators.
[0106] On peut prévoir que les panneaux photovoltaïques soient rétractables, voire empilables. [0106] It is possible for the photovoltaic panels to be retractable, or even stackable.
[0107] Ils peuvent ainsi adopter : [0107] They can thus adopt:
- plusieurs positions horizontales, par exemple pour déplacer l’ombre projetée des panneaux photovoltaïques sur les plantes cultivées, - several horizontal positions, for example to move the shadow projected from photovoltaic panels onto cultivated plants,
- plusieurs positions verticales, par exemple en réglant la hauteur des panneaux photovoltaïques sur la structure porteuse, ce qui permet également de modifier l’ombre projetée des panneaux photovoltaïques sur les plantes cultivées, et - several vertical positions, for example by adjusting the height of the photovoltaic panels on the supporting structure, which also makes it possible to modify the shadow projected by the photovoltaic panels on the cultivated plants, and
- plusieurs positions angulaires, par exemple pour adapter la position angulaire des panneaux photovoltaïques à la position du soleil. - several angular positions, for example to adapt the angular position of the photovoltaic panels to the position of the sun.
[0108] La position ou l’orientation des panneaux photovoltaïques modifie les conditions microclimatiques des plantes cultivées du dispositif agrivoltaïque, par exemple en fonction de l’ombre projetée (ou non), ce qui impacte l’irradiance reçue par les cultures, la température foliaire, l’hygrométrie, la température du sol, l’évapotranspiration du sol ou du vent passant entre les panneaux photovoltaïques et les plantes cultivées. [0108] The position or orientation of the photovoltaic panels modifies the microclimatic conditions of the cultivated plants of the agrivoltaic device, for example depending on the shade projected (or not), which impacts the irradiance received by the crops, the temperature foliar, hygrometry, temperature of the soil, evapotranspiration from the soil or wind passing between photovoltaic panels and cultivated plants.
[0109] La présente invention permet d’adapter la position ou l’orientation des panneaux photovoltaïques en fonction des besoins physiologiques des cultures ou de leurs besoins de protection contre des aléas climatiques. [0109] The present invention makes it possible to adapt the position or orientation of the photovoltaic panels according to the physiological needs of the crops or their needs for protection against climatic hazards.
[0110] [0110]
[OU I] * SCADA * [OR I] *SCADA*
[0112] [0112]
[0113] On prévoit que le dispositif agrivoltaïque comprend un système de commande et d’acquisition de données en temps réel, connu sous l’acronyme SCADA pour Supervisory Control And Data Acquisition en Anglais, qui est un système de télégestion à grande échelle permettant de contrôler à distance des installations techniques, et qui est configuré pour piloter la position horizontale, verticale ou angulaire de l’ensemble des panneaux photovoltaïques. [0113] It is expected that the agrivoltaic device comprises a real-time control and data acquisition system, known by the acronym SCADA for Supervisory Control And Data Acquisition in English, which is a large-scale remote management system making it possible to remotely control technical installations, and which is configured to control the horizontal, vertical or angular position of all the photovoltaic panels.
[0114] [0114]
[0115] * Capteurs agro-climatiques * [0115] * Agro-climatic sensors *
[0116] [0116]
[0117] On prévoit que le dispositif agrivoltaïque comprend un ensemble d’au moins un capteur agro-climatique. [0117] It is expected that the agrivoltaic device comprises a set of at least one agro-climatic sensor.
[0118] Les capteurs agro-climatiques peuvent être locaux, c’est-à-dire disposés sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques. [0118] The agro-climatic sensors can be local, that is to say arranged under the set of photovoltaic panels.
[0119] Les capteurs agro-climatiques peuvent être distants, c’est-à-dire disposés à une distance inférieure à une valeur prédéterminée de la zone comprenant ledit ensemble de plantes cultivées, mais pas sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques. [0119] The agro-climatic sensors can be remote, that is to say arranged at a distance less than a predetermined value from the area comprising said set of cultivated plants, but not under the set of photovoltaic panels.
[0120] Typiquement, les capteurs agro-climatiques distants sont disposés à distance de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées. De préférence, les capteurs agro-climatiques distants sont disposés dans une zone géographique susceptible d’avoir un impact météorologique ou climatique sur la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées, par exemple en amont des vents dominants. [0120] Typically, the remote agro-climatic sensors are arranged at a distance from the area comprising all of the cultivated plants. Preferably, the remote agro-climatic sensors are located in a geographical area likely to have a meteorological or climatic impact on the area comprising all of the cultivated plants, for example upstream of the prevailing winds.
[0121] On peut également prévoir des capteurs satellitaires qui permettent de mesurer ou de calculer un impact météorologique ou climatique sur la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées. [0121] Satellite sensors can also be provided which make it possible to measure or calculate a meteorological or climatic impact on the area comprising all of the cultivated plants.
[0122] Les données agro-climatiques peuvent venir des capteurs agro-climatiques locaux, distants ou satellitaires, comme illustré sur la figure 3. [0122] The agro-climatic data can come from local, remote or satellite agro-climatic sensors, as illustrated in Figure 3.
[0123] Elles peuvent également provenir d’une mémoire d’un serveur qui enregistre des données d’historique, par exemple des données d’historique des capteurs agro-climatiques locaux ou distants. [0123] They can also come from a memory of a server which records historical data, for example historical data from local or remote agro-climatic sensors.
[0124] Elles peuvent également provenir d’une mémoire d’un serveur qui calcule des prévisions météorologiques. [0124] They can also come from a memory of a server which calculates weather forecasts.
[0125] Les données agro-climatiques peuvent provenir de tout ou partie des sources citées ci-dessus, c’est-à-dire que les données agro-climatiques peuvent être combinées, par exemple les données satellitaires sont combinées aux données agro-climatiques locales, des prévisions sont combinées aux données agro-climatiques locales, etc. [0125] The agro-climatic data can come from all or part of the sources cited above, that is to say the agro-climatic data can be combined, for example satellite data are combined with local agro-climatic data, forecasts are combined with local agro-climatic data, etc.
[0126] Par exemple un système dépressionnaire est détecté par un satellite. Un modèle météorologique prévoit des orages sur la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées dans un délai prédéterminé. Les capteurs agro-climatiques locaux ne détectent pas encore de variation de pression, de température ou d’humidité mais les capteurs agro-climatiques distants détectent une variation subite de l’une au moins de ces valeurs. [0126] For example, a low pressure system is detected by a satellite. A weather model predicts thunderstorms over the area including all cultivated plants within a predetermined time frame. Local agro-climatic sensors do not yet detect any variation in pressure, temperature or humidity, but remote agro-climatic sensors detect a sudden variation in at least one of these values.
[0127] Les données agro-climatiques, issues des capteurs agro-climatiques locaux ou distants, ou des prévisions météorologiques, permettent par exemple de détecter ou de prévoir un événement climatique ou météorologique prédéterminé. [0127] Agro-climatic data, from local or remote agro-climatic sensors, or weather forecasts, make it possible, for example, to detect or predict a predetermined climatic or meteorological event.
[0128] Les données agro-climatiques sont envoyées à un serveur distant. [0128] The agro-climatic data is sent to a remote server.
[0129] [0129]
[0130] * Serveur * [0130] * Server *
[0131] [0131]
[0132] On prévoit un serveur distant qui est configuré pour recevoir des données agro-climatiques, et émettre les instructions de commande de la position de l’ensemble des panneaux vers le SCADA, comme illustré sur la figure 2. [0132] A remote server is provided which is configured to receive agro-climatic data, and issue instructions for controlling the position of all the panels to the SCADA, as illustrated in Figure 2.
[0133] Le serveur comprend des lignes de code, régissant le fonctionnement d’une pluralité de modules décrits ci-après, qui permettent de déterminer la position des panneaux photovoltaïques afin de maximiser les productions agricoles et électriques, en fonction au moins des indicateurs agro-climatiques calculés, puis d’émettre vers le SCADA les instructions de commande de position de l’ensemble des panneaux du dispositif agrivoltaïque. [0133] The server includes lines of code, governing the operation of a plurality of modules described below, which make it possible to determine the position of the photovoltaic panels in order to maximize agricultural and electrical production, based at least on agro indicators. -calculated climates, then transmit to the SCADA the position control instructions for all the panels of the agrivoltaic device.
[0134] [0134]
[0135] * Indicateurs agro-climatiques * [0135] * Agro-climatic indicators *
[0136] [0136]
[0137] A partir des données agro-climatiques, de préférences les données locales agro-climatiques (mesurées ou transposées), on peut prévoir de calculer un ensemble d’indicateurs agro-climatiques sur différentes périodes de l'année ou de stades phénologiques. [0137] From agro-climatic data, preferably local agro-climatic data (measured or transposed), we can plan to calculate a set of agro-climatic indicators over different periods of the year or phenological stages.
[0138] De préférence, les indicateurs agro-climatiques sont fonction des plantes cultivées. [0138] Preferably, the agro-climatic indicators depend on the plants cultivated.
[0139] Les indicateurs agro-climatiques peuvent être un indice connu, par exemple un indice de sécheresse, un indice de fraîcheur de nuit, indice de Huglin, distribution des pluies, etc. qui sont calculés ou connus d’une base de données. [0139] The agro-climatic indicators can be a known index, for example a drought index, a night coolness index, Huglin index, rainfall distribution, etc. which are calculated or known from a database.
[0140] Les indicateurs agro-climatiques peuvent être une combinaison ou un ratio de données agro-climatiques, par exemple un indice rayonnement incident / température, qui a une influence particulièrement pour la photosynthèse, etc. [0140] The agro-climatic indicators can be a combination or a ratio of agro-climatic data, for example an incident radiation/temperature index, which has a particular influence on photosynthesis, etc.
[0141] Les indicateurs agro-climatiques peuvent également être un cumul de données agro-climatiques, par exemple un cumul d’ensoleillement, un cumul de température ; un cumul d’irradiance reçue, en particulier à une hauteur du sol prédéterminée sur une période prédéterminée, un cumul de rayonnement reçu pour un rayonnement photosynthétiquement actif supérieur à 800 pmol.nr2.s'1, un cumul de pluie, un nombre de jours secs, un nombre de jours de pluie (de préférence avec un quantité journalière de pluie > 1 mm), un nombre de jours de gel annuel, un nombre de jours de gel au printemps, une durée maximale de jours de gel, une somme de température gel, un nombre de jours échau- dants où la température est supérieure à 27°C, un nombre de jours très échaudants où la température est supérieure à 30°C, une température moyenne cumulée sur une période, une température moyenne cumulée base 6°C sur une période, une température moyenne cumulée base 0°C, un déficit hydrique, en particulier avec un calcul Pluie évapotranspiration cumulé sur une période, un nombre de jours avec déficit hydrique inférieur à -5 mm sur une période prédéterminée, etc. [0141] The agro-climatic indicators can also be an accumulation of agro-climatic data, for example an accumulation of sunshine, an accumulation of temperature; an accumulation of irradiance received, in particular at a height from the ground predetermined over a predetermined period, an accumulation of radiation received for photosynthetically active radiation greater than 800 pmol.nr 2 .s' 1 , an accumulation of rain, a number of dry days, a number of rainy days (preferably with a daily amount of rain > 1 mm), a number of annual frost days, a number of frost days in spring, a maximum duration of frost days, a sum of frost temperature, a number of warm days where the temperature is greater than 27°C, a number of very hot days where the temperature is greater than 30°C, an average cumulative temperature over a period, an average cumulative temperature based on 6°C over a period, an average cumulative temperature based on 0° C, a water deficit, in particular with a calculation of cumulative evapotranspiration rain over a period, a number of days with water deficit less than -5 mm over a predetermined period, etc.
[0142] [0142]
[0143] On peut prévoir de classer les indicateurs agro-climatiques par stade phénolo- gique, c’est-à-dire de ne calculer que les indicateurs du stade phénologique auquel se trouve les plantes cultivées. [0143] We can plan to classify the agro-climatic indicators by phenological stage, that is to say to calculate only the indicators of the phenological stage at which the cultivated plants are found.
[0144] Avantageusement selon l’invention, les indicateurs agro-climatiques étant construits selon les stades phénologiques, on peut considérer que les indicateurs agro-climatiques sont des indicateurs phéno-climatiques. [0144] Advantageously according to the invention, the agro-climatic indicators being constructed according to the phenological stages, it can be considered that the agro-climatic indicators are pheno-climatic indicators.
[0145] [0145]
[0146] * module de microclimat * [0146] * microclimate module *
[0147] De préférence, on prévoit un module de simulation du microclimat. Ce module permet de calculer le microclimat de l’ombrière, c’est-à-dire l’influence que cette structure a sur les plantes cultivées, notamment du fait de l’ombre portée, ou de la protection contre la pluie, etc. [0147] Preferably, a microclimate simulation module is provided. This module makes it possible to calculate the microclimate of the shade house, that is to say the influence that this structure has on the cultivated plants, in particular due to the shade cast, or the protection against the rain, etc.
[0148] Les données d’entrée du module de microclimat sont par exemple des données d’historique et/ou des mesures, et par exemple des données comparatives entre des données issues d’historique et des mesures locales sous om- brière. On peut ainsi construire notamment un indicateur agro climatique de rayonnement (irradiance cumulée reçue pendant un stade phénologique), ou encore un indicateur d’hygrométrie. [0148] The input data of the microclimate module are for example historical data and/or measurements, and for example comparative data between data from history and local measurements under shade. We can thus construct an agro-climatic radiation indicator (cumulative irradiance received during a phenological stage), or even a hygrometry indicator.
[0149] [0149]
[0150] * Description des plantes cultivées * [0150] * Description of cultivated plants *
[0151] [0151]
[0152] Les cultures sont décrites par un dimensionnement selon leur stade de développement (par exemple en mesurant la hauteur de la canopée, la longueur de la tige, etc.). [0152] Crops are described by sizing according to their stage of development (for example by measuring the height of the canopy, the length of the stem, etc.).
[0153] Les cultures sont décrites selon un ensemble de caractères physiologiques, tels que les limites de stress hydrique, thermique ou radiatif et selon chaque stade phénologique. [0153] Crops are described according to a set of physiological characteristics, such as water, thermal or radiative stress limits and according to each phenological stage.
[0154] Les cultures sont décrites par leurs indicateurs agro-climatiques pertinents, et leur impact sur le développement et le rendement futur et la qualité de la production agricole. [0155] Les sensibilités des cultures sont définies ici comme l’impact des indicateurs agro-climatiques pertinents sur leur développement pour la construction du rendement agricole, pour chaque stade phénologique, par exemple le cumul de température d’échaudage sera pertinent pour le blé et aura un impact fortement négatif pendant la période de montaison. [0154] Crops are described by their relevant agro-climatic indicators, and their impact on the development and future yield and quality of agricultural production. [0155] The sensitivities of crops are defined here as the impact of relevant agro-climatic indicators on their development for the construction of agricultural yield, for each phenological stage, for example the cumulative scalding temperature will be relevant for wheat and will have a strongly negative impact during the rising period.
[0156] On leur attribue des valeurs, négatives ou positives, par rapport à des valeurs de référence des indicateurs agro-climatiques, représentant l’impact sur le développement des cultures ou la construction du rendement ou la qualité de la production agricole; [0156] They are assigned values, negative or positive, in relation to reference values of agro-climatic indicators, representing the impact on the development of crops or the construction of yield or the quality of agricultural production;
[0157] * Pondération * [0157] * Weighting *
[0158] [0158]
[0159] On peut prévoir un module de pondération, de préférence par stade phénologique, configuré pour attribuer un ensemble de points aux indicateurs, et les cumuler selon les critères suivants : [0159] We can provide a weighting module, preferably by phenological stage, configured to assign a set of points to the indicators, and accumulate them according to the following criteria:
[0160] On attribue un ensemble de points à la production électrique, par exemple par tranches de quantité produite ou proportionnellement à la quantité produite ; [0160] A set of points is allocated to electrical production, for example by increments of quantity produced or proportionally to the quantity produced;
[0161] On attribue un ensemble de points au stress évité ; [0161] A set of points is allocated to the stress avoided;
[0162] On attribue un ensemble de points à la quantité de rayonnement ou si la quantité de rayonnement est supérieure à une valeur seuil prédéterminée ; [0162] A set of points is assigned to the quantity of radiation or if the quantity of radiation is greater than a predetermined threshold value;
[0163] Etc. [0163] Etc.
[0164] On peut alors cumuler l’ensemble des points attribués et piloter la position des panneaux en fonction de l’écart entre le cumul de l’ensemble des points attribués et une valeur seuil prédéterminée. [0164] We can then accumulate all of the points allocated and control the position of the panels according to the difference between the accumulation of all of the points allocated and a predetermined threshold value.
[0165] Par exemple pour chaque critère, on calcule l’écart entre le cumul de l’ensemble des points attribués pour ledit critère et une valeur seuil prédéterminée pour ledit critère. [0165] For example, for each criterion, the difference is calculated between the accumulation of all the points allocated for said criterion and a predetermined threshold value for said criterion.
[0166] On peut ainsi piloter la position des panneaux photovoltaïques, par exemple en fonction de priorité, en commençant par le critère qui présente l’écart le plus grand. [0166] It is thus possible to control the position of the photovoltaic panels, for example according to priority, starting with the criterion which presents the greatest difference.
[0167] Par exemple, la quantité de rayonnement cumulé déterminée est inférieure à une valeur seuil, et présente l’écart le plus grand. On peut en conclure que les panneaux photovoltaïques font trop d’ombre et qu’il convient de modifier leur position ou leur orientation de sorte à laisser passer plus de rayonnement incident. [0167] For example, the quantity of cumulative radiation determined is less than a threshold value, and has the greatest difference. We can conclude that the photovoltaic panels cast too much shadow and that their position or orientation should be modified so as to allow more incident radiation to pass through.
[0168] L'avantage d'un module de pondération par stade phénologique est que, pour deux stades phénologiques différents, les mêmes capteurs, même s’ils aboutissaient aux mêmes valeurs de mesures, ne donneront pas les mêmes pondérations, ce qui permet de piloter la position des panneaux photovoltaïques au plus près des besoins réels des plantes cultivées, c’est-à-dire un pilotage de la position des panneaux photovoltaïques, donc de la production d’énergie électrique et la production des plantes cultivées, par stade phénologique. [0168] The advantage of a weighting module per phenological stage is that, for two different phenological stages, the same sensors, even if they resulted in the same measurement values, will not give the same weightings, which makes it possible to control the position of photovoltaic panels as close as possible to the real needs of cultivated plants, that is to say control of the position of photovoltaic panels, therefore the production of electrical energy and the production of cultivated plants, by phenological stage .
[0169] [0169]
[0170] * Modules * [0171] On prévoit un module d’optimisation et au moins l’un des autres modules décrits ci-après, en communication avec le module d’optimisation, et en l’espèce tous sur le serveur distant. [0170] * Modules * [0171] An optimization module and at least one of the other modules described below are provided, in communication with the optimization module, and in this case all on the remote server.
[0172] [0172]
[0173] * Module heuristique * [0173] * Heuristic module *
[0174] On peut prévoir un module heuristique, qui comprend un ensemble de règles, qui correspondent à une conduite à tenir, c’est-à-dire à la position que doit adopter les panneaux photovoltaïques en cas d’événements prédéterminés, par exemple des intempéries, ou en cas d’événements singuliers, par exemple une pluviométrie inférieure ou supérieure à une valeur seuil, une vitesse de vent supérieure à une valeur seuil, un épisode de grêle, de gel, une température d’air ou du sol inférieure ou supérieure à une valeur seuil, etc. [0174] We can provide a heuristic module, which includes a set of rules, which correspond to a course of action, that is to say the position that the photovoltaic panels must adopt in the event of predetermined events, for example bad weather, or in the event of singular events, for example rainfall below or above a threshold value, a wind speed above a threshold value, an episode of hail, frost, a lower air or ground temperature or greater than a threshold value, etc.
[0175] Il est ainsi possible de protéger l’ombrière ou les plantes, par un calcul de risque ou une connexion à une station météorologique. [0175] It is thus possible to protect the shade house or the plants, by a risk calculation or a connection to a meteorological station.
[0176] De préférence le module heuristique, s’il est activé, court-ci rcuite tous les autres modules. [0176] Preferably the heuristic module, if activated, short-circuits all the other modules.
[0177] [0177]
[0178] * Module d’optimisation * [0178] * Optimization module *
[0179] [0179]
[0180] On prévoit que le serveur distant comprend un module d’optimisation, configuré pour optimiser à la fois la production d’énergie photovoltaïque et la production des cultures. [0180] It is expected that the remote server includes an optimization module, configured to optimize both the production of photovoltaic energy and the production of crops.
[0181] A cet effet, il vise à déterminer la position optimale de l'ensemble des panneaux photovoltaïques en fonction au moins de la position relative desdits panneaux photovoltaïques et du soleil, et à placer les plantes dans des conditions microclimatiques favorables à l’obtention d’un résultat agricole recherché tout en cherchant à atteindre un optimum réduisant le moins possible la production d’énergie photoélectrique. [0181] For this purpose, it aims to determine the optimal position of all the photovoltaic panels as a function at least of the relative position of said photovoltaic panels and the sun, and to place the plants in microclimatic conditions favorable to obtaining of a desired agricultural result while seeking to achieve an optimum reducing the production of photoelectric energy as little as possible.
[0182] Il permet de déterminer la position optimale des panneaux photovoltaïques à partir : [0182] It makes it possible to determine the optimal position of the photovoltaic panels from:
- de données agro-climatiques, qui peuvent être des données d’historique, en temps réel, ou des prédictions, et en l’espèce à partir des indicateurs agro-climatiques, - agro-climatic data, which can be historical data, in real time, or predictions, and in this case based on agro-climatic indicators,
- d’informations relatives aux plantes cultivées (notamment le stade phénolo- gique), - information relating to cultivated plants (in particular the phenological stage),
- d’informations sur la structure du dispositif agrivoltaïque. - information on the structure of the agrivoltaic system.
[0183] Le module d’optimisation comprend un calculateur et un ensemble d’au moins une mémoire, ainsi que des moyens de communication filaires ou sans-fil. [0183] The optimization module comprises a calculator and a set of at least one memory, as well as wired or wireless communication means.
[0184] Le module d’optimisation est configuré pour recevoir des données et émettre des instructions de commande. [0184] The optimization module is configured to receive data and issue control instructions.
[0185] En l’espèce le module d’optimisation est configuré pour recevoir des données agro-climatiques ou des indicateurs agro-climatiques. [0185] In this case the optimization module is configured to receive agro-climatic data or agro-climatic indicators.
[0186] Les données agro-climatiques comprennent au moins l’une parmi : [0186] The agro-climatic data include at least one of:
- des données pédoclimatiques, qui sont relatives à l'ensemble des conditions extérieures de climat auquel est soumis le sol des plantes cultivées, et par exemple la température, l’hydromorphie, l’hygrométrie, l'aération, la pression partielle en CO2, la pluviométrie, le vent, etc. ; et - pedoclimatic data, which relate to all the conditions external climate to which the soil of cultivated plants is subject, and for example the temperature, hydromorphy, hygrometry, aeration, partial pressure of CO2, rainfall, wind, etc. ; And
- des données météorologiques, dont le traitement a pour but d'aider à la conduite des exploitations agricoles et à la prévision agricole. - meteorological data, the processing of which aims to assist in the management of agricultural operations and agricultural forecasting.
[0187] Les données agro-climatiques sont envoyées par l’un au moins des capteurs agro-climatiques. [0187] The agro-climatic data are sent by at least one of the agro-climatic sensors.
[0188] En sortie du module d’optimisation, celui-ci émet des instructions de commande au SCADA pour positionner de manière optimale les panneaux photovoltaïques. [0188] At the output of the optimization module, it issues control instructions to the SCADA to optimally position the photovoltaic panels.
[0189] [0189]
[0190] On peut prévoir que le module d’optimisation comprend un algorithme d’apprentissage automatique, donc d’intelligence artificielle. [0190] It can be expected that the optimization module includes an automatic learning algorithm, therefore artificial intelligence.
[0191] En l’espèce l’algorithme d’apprentissage automatique est configuré pour optimiser simultanément la production d’électricité d'origine photovoltaïque et la production agricole des plantes. [0191] In this case, the automatic learning algorithm is configured to simultaneously optimize the production of electricity of photovoltaic origin and the agricultural production of plants.
[0192] De préférence on prévoit une étape d’apprentissage basé sur au moins l’un des jeux de données parmi : [0192] Preferably, a learning step is provided based on at least one of the data sets among:
[0193] - les données agro-climatiques locales et/ou distantes, c’est-à-dire issues respectivement des capteurs agro-climatiques locaux et/ou distants, en temps réel, et décrits ultérieurement ; [0193] - local and/or remote agro-climatic data, that is to say coming respectively from local and/or remote agro-climatic sensors, in real time, and described subsequently;
[0194] - des données d’historique enregistrées dans une mémoire ; et [0194] - historical data recorded in a memory; And
[0195] - des données de prévisions météorologiques. [0195] - weather forecast data.
[0196] On peut prévoir un modèle météo prédictif local et global, dans le temps et dans l’espace. Par exemple le modèle météo permet de calculer un risque prédéterminé sur une zone géographique prédéterminée dans une plage temporelle prédéterminée, par exemple un risque de pluie sur une parcelle dans moins de 3h, un épisode de canicule dans la région pour les 3 prochaines semaines, etc. Le modèle peut inclure le calcul d’un indice de confiance ou un taux de probabilité. [0196] We can plan a local and global predictive weather model, in time and space. For example, the weather model makes it possible to calculate a predetermined risk over a predetermined geographical area within a predetermined time range, for example a risk of rain on a plot in less than 3 hours, a heatwave episode in the region for the next 3 weeks, etc. . The model can include the calculation of a confidence index or a probability rate.
[0197] Ce qui permet d’anticiper sur un horizon de temps de quelques heures à quelques jours le pilotage de l’ombrière. [0197] This makes it possible to anticipate the control of the shade over a time horizon of a few hours to a few days.
[0198] On peut prévoir une étape d’entrainement sur des données locales, par exemple le rayonnement, la température, le vent, l’humidité etc. [0198] We can plan a training step on local data, for example radiation, temperature, wind, humidity, etc.
[0199] On peut prévoir une étape de décision de la position (verticale, horizontale, angulaire) des panneaux photovoltaïques selon un pas de temps prédéterminé, une séquence prédéterminée, par exemple asservie à la période de l’année. [0199] We can provide a step of deciding the position (vertical, horizontal, angular) of the photovoltaic panels according to a predetermined time step, a predetermined sequence, for example slaved to the time of year.
[0200] Par exemple on peut prévoir une étape de décision de la position (verticale, horizontale, angulaire) des panneaux photovoltaïques toutes les heures en hiver ; toutes les 10 minutes en été, etc. ou encore dont le pas de temps est asservi à la courbe d’ensoleillement. [0200] For example, we can provide a step of deciding the position (vertical, horizontal, angular) of the photovoltaic panels every hour in winter; every 10 minutes in summer, etc. or whose time step is slaved to the sunshine curve.
[0201] De préférence on prévoit une étape de bilan en fin d’année, consistant à déterminer au moins la production d’énergie électrique photovoltaïque. [0202] [0201] Preferably, a review step is planned at the end of the year, consisting of determining at least the production of photovoltaic electrical energy. [0202]
[0203] * Module de détermination des besoins physiologiques * [0203] * Module for determining physiological needs *
[0204] [0204]
[0205] On peut prévoir un module de détermination des besoins physiologiques des plantes. [0205] We can provide a module for determining the physiological needs of plants.
[0206] En effet, les plantes sont sensibles ; par exemple elles présentent une sensibilité au froid, au chaud, au gel, à la grêle, à la sécheresse, etc. et cette sensibilité est fonction notamment du stade phénologique mais parfois aussi de l’hygrométrie. [0206] Indeed, plants are sensitive; for example, they are sensitive to cold, heat, frost, hail, drought, etc. and this sensitivity is a function in particular of the phenological stage but sometimes also of hygrometry.
[0207] Du fait de cette sensibilité, les conditions agro-climatiques peuvent amener les plantes cultivées en situation de stress. [0207] Due to this sensitivity, agro-climatic conditions can bring cultivated plants into a stressful situation.
[0208] Bien que les situations de stress soient généralement considérées comme étant à éviter, certains stress sont toutefois pourtant recherchés, par exemple la vigne a besoin de stress hydrique contrôlé pour produire du raisin de qualité en vue de la vinification. [0208] Although stressful situations are generally considered to be avoided, certain stresses are nevertheless sought after, for example the vine needs controlled water stress to produce quality grapes for winemaking.
[0209] Ce module permet de déterminer les besoins physiologiques des plantes par stade phénologique, par exemple sous forme de table de correspondance. [0209] This module makes it possible to determine the physiological needs of plants by phenological stage, for example in the form of a correspondence table.
[0210] Typiquement, à chaque stade phénologique correspond un ensemble de besoins, par exemple, une température moyenne, un ensoleillement moyen journalier, etc. [0210] Typically, each phenological stage corresponds to a set of needs, for example, an average temperature, average daily sunshine, etc.
[0211] Les besoins physiologiques des plantes peuvent comprendre par exemple la teneur en macro-éléments (carbone, oxygène hydrogène, azote, phosphore, soufre, potassium, calcium, magnésium) ; en oligo-éléments (fer, manganèse, cuivre, zinc, bore, molybdène) ; dont les valeurs sont obtenues par des mesures chimiques du sol mais sur lesquelles l’ombrière n’a a priori peu ou pas d’influence. [0211] The physiological needs of plants may include, for example, the content of macroelements (carbon, oxygen, hydrogen, nitrogen, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, magnesium); in trace elements (iron, manganese, copper, zinc, boron, molybdenum); the values of which are obtained by chemical measurements of the soil but on which the shade house a priori has little or no influence.
[0212] Les besoins physiologiques des plantes comprennent notamment la teneur en eau ; la quantité de lumière, la température, etc. qui sont des données agroclimatiques. [0212] The physiological needs of plants include in particular water content; the amount of light, temperature, etc. which are agroclimatic data.
[0213] Les besoins physiologiques peuvent également comprendre des indicateurs agro-climatiques à atteindre, par exemple un cumul d’ensoleillement, un cumul de température ; etc. sur une période donnée, la période pouvant être une durée prédéfinie, par exemple un nombre de jours, ou le stade phénologique dans son ensemble. [0213] Physiological needs can also include agro-climatic indicators to be achieved, for example cumulative sunshine, cumulative temperature; etc. over a given period, the period may be a predefined duration, for example a number of days, or the phenological stage as a whole.
[0214] Ce module permet de définir notamment des besoins en lumière et en eau, ou des limites de stress, pour assurer un rendement d’une culture de plantes donnée. [0214] This module makes it possible to define in particular light and water requirements, or stress limits, to ensure the yield of a given plant crop.
[0215] Ce module permet également calculer la période de temps pendant laquelle les plantes sont soumises à un stress, en lien avec leur stade phénologique. Le module d’optimisation peut ainsi piloter la position des panneaux photovoltaïques en fonction cette pondération temporelle. [0215] This module also makes it possible to calculate the period of time during which the plants are subjected to stress, in relation to their phenological stage. The optimization module can thus control the position of the photovoltaic panels based on this temporal weighting.
[0216] Par exemple, une exposition des plantes cultivées à un stress thermique (par exemple une canicule) sur une période d’une journée n’a pas le même impact que sur une période de plusieurs semaines. La présente invention permet de prendre ces éléments en considération par le module d’optimisation. [0216] For example, exposure of cultivated plants to thermal stress (for example a heatwave) over a period of one day does not have the same impact as over a period of several weeks. The present invention makes it possible to take these elements into consideration by the optimization module.
[0217] Typiquement, les limites de stress sont connues par des valeurs seuil enregistrées dans une mémoire. En comparant les valeurs des indicateurs agro-climatiques aux valeurs seuil correspondantes, on peut déterminer si les cultures présentent un stress hydrique (humidité du sol au-delà ou en-deçà d’une valeur seuil prédéterminée), un stress thermique (température de l’air ou du sol au-delà ou en-deçà d’une valeur seuil prédéterminée), ou un stress radiatif (luminosité au-delà d’une valeur seuil prédéterminée). [0217] Typically, the stress limits are known by threshold values recorded in a memory. By comparing the values of agro-climatic indicators to the corresponding threshold values, it can be determined whether crops present water stress (soil humidity above or below a predetermined threshold value), thermal stress (soil temperature air or soil beyond or below a predetermined threshold value), or radiative stress (luminosity beyond a predetermined threshold value).
[0218] De préférence, le module de détermination des besoins physiologiques des plantes comprend les valeurs optimales des besoins physiologiques des plantes cultivées pour chaque stade phénologique. [0218] Preferably, the module for determining the physiological needs of plants includes the optimal values of the physiological needs of cultivated plants for each phenological stage.
[0219] Par exemple la température est très importante pour le stade de bourgeonnement mais moins pour le stade de maturation. [0219] For example, the temperature is very important for the budding stage but less so for the maturation stage.
[0220] [0220]
[0221] * Module de modélisation de la production électrique * [0221] * Electric production modeling module *
[0222] [0222]
[0223] On peut prévoir un module de modélisation de la production électrique des panneaux photovoltaïques. [0223] We can provide a module for modeling the electrical production of photovoltaic panels.
[0224] Ce module permet de modéliser la quantité d’énergie photovoltaïque produite par le dispositif agrivoltaïque au moins par pas de temps et par la position relative des panneaux photovoltaïques et du soleil. La position relative peut être connue par exemple en fonction de la date dans le calendrier ou en fonction de capteurs, par exemple des photodiodes. [0224] This module makes it possible to model the quantity of photovoltaic energy produced by the agrivoltaic device at least per time step and by the relative position of the photovoltaic panels and the sun. The relative position can be known for example based on the date in the calendar or based on sensors, for example photodiodes.
[0225] Il permet de calculer, éventuellement de prévoir, la quantité d’électricité photovoltaïque produite même dans des positions de panneaux photovoltaïques non-optimales pour la production d’électricité photovoltaïque. [0225] It makes it possible to calculate, possibly predict, the quantity of photovoltaic electricity produced even in non-optimal photovoltaic panel positions for the production of photovoltaic electricity.
[0226] De préférence on prévoit de simuler la production électrique du dispositif agrivoltaïque en fonction au moins de sa latitude et de la position relative des panneaux photovoltaïques par rapport au soleil. [0226] Preferably, it is planned to simulate the electrical production of the agrivoltaic device as a function at least of its latitude and the relative position of the photovoltaic panels in relation to the sun.
[0227] De préférence le caractère monofacial ou bifacial des panneaux photovoltaïques est pris en compte dans la simulation de la production électrique. En effet, des panneaux photovoltaïques bifaciaux produisent également par réverbération sur le sol, c’est-à-dire du rayonnement diffus et du rayonnement réfléchi. [0227] Preferably the monofacial or bifacial nature of the photovoltaic panels is taken into account in the simulation of electrical production. Indeed, bifacial photovoltaic panels also produce by reverberation on the ground, that is to say diffuse radiation and reflected radiation.
[0228] Ce module prend avantageusement en compte le coefficient de bifacialité ; les paramètres de perte d'incidence de réseau, ou « IAM » ou « array incidence loss » par anglicisme, comme décrit par exemple à la page https://www.pvsyst.com/help/iam_loss.htm. [0228] This module advantageously takes into account the bifaciality coefficient; the network incidence loss parameters, or “IAM” or “array incidence loss”, as described for example on the page https://www.pvsyst.com/help/iam_loss.htm.
[0229] Ce module est en connexion avec le module de calcul dimensionnel de la structure porteuse. [0229] This module is connected to the dimensional calculation module of the supporting structure.
[0230] [0230]
[0231] * Module de calcul dimensionnel de l’ombrière * [0231] * Shade dimensional calculation module *
[0232] On peut prévoir un module de calcul dimensionnel de la structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques. Ce module permet de calculer ou d’enregistrer au moins l’un parmi : [0232] We can provide a dimensional calculation module for the supporting structure which supports the photovoltaic panels. This module allows you to calculate or record at least one of:
- la distance entre les poteaux de la structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques, - the distance between the posts of the supporting structure which supports the photovoltaic panels,
- la hauteur des panneaux photovoltaïques, c’est-à-dire la hauteur de l’axe de rotation des panneaux photovoltaïques, - the height of the photovoltaic panels, that is to say the height of the axis of rotation of the photovoltaic panels,
- la valeur minimale et la valeur maximale de l’angle de rotation des panneaux photovoltaïques, - the minimum value and the maximum value of the angle of rotation of the photovoltaic panels,
- la position minimale et maximale de translation des panneaux photovoltaïques, en vertical comme dans un plan horizontal ; - the minimum and maximum position of translation of the photovoltaic panels, both vertically and in a horizontal plane;
- la transparence éventuelle des panneaux photovoltaïques, - the possible transparency of the photovoltaic panels,
- l’azimut des panneaux photovoltaïques, - the azimuth of the photovoltaic panels,
- les coordonnées GPS des panneaux photovoltaïques, - the GPS coordinates of the photovoltaic panels,
- l’inclinaison des panneaux photovoltaïques, - the inclination of the photovoltaic panels,
- les dimensions des panneaux photovoltaïques, leur transparence, - the dimensions of the photovoltaic panels, their transparency,
- le modèle, les caractéristiques électriques des panneaux photovoltaïques, - the model, the electrical characteristics of the photovoltaic panels,
- etc. - etc.
[0233] [0233]
[0234] * Module de transposition * [0234] * Transposition module *
[0235] [0235]
[0236] Ce module calcule l’impact micro-climatique de l’ombrière. [0236] This module calculates the micro-climatic impact of the shade house.
[0237] Les données agro-climatiques distantes peuvent être utilisées à la place des données agro-climatiques locales, mais cela peut introduire un biais puisque les conditions microclimatiques distantes sont généralement différentes des conditions microclimatiques locales. [0237] Remote agro-climatic data can be used instead of local agro-climatic data, but this can introduce bias since remote microclimatic conditions are generally different from local microclimatic conditions.
[0238] A cet effet, on peut prévoir un module de transposition de la valeur des données agro-climatiques, qui permet de déterminer l’influence de l’ombrière sur le microclimat, par comparaison avec une zone témoin sans ombrière. [0238] For this purpose, we can provide a module for transposing the value of the agro-climatic data, which makes it possible to determine the influence of the shade house on the microclimate, by comparison with a control zone without shade house.
[0239] En l’espèce, on prévoit module de transposition de données agro-climatiques qui transpose au moins certaines données agro-climatiques distantes (hors ombrière) en données agro-climatiques locales (sous ombrière), par exemple le rayonnement incident, la température, le vent, etc. [0239] In this case, an agro-climatic data transposition module is provided which transposes at least certain remote agro-climatic data (outside the shade house) into local agro-climatic data (under the shade house), for example the incident radiation, the temperature, wind, etc.
[0240] Le module de transposition est connecté au module de calcul dimensionnel de la structure porteuse. [0240] The transposition module is connected to the dimensional calculation module of the supporting structure.
[0241] Il est configuré pour transposer la valeur de données agro-climatiques distantes en valeur de données agro-climatiques locales, en référence à un modèle mathématique prenant en compte l’ombrage, par exemple une table de correspondance, qui dépend notamment de la structure porteuse et de la latitude. [0241] It is configured to transpose the value of remote agro-climatic data into the value of local agro-climatic data, with reference to a mathematical model taking into account shading, for example a correspondence table, which depends in particular on the supporting structure and latitude.
[0242] De préférence, les données agro-climatiques distantes sont mesurées dans un selon un repère tridimensionnel, et selon un pas prédéterminé, en l’espèce de 10 cm x 10 cm dans un plan horizontal. [0242] Preferably, the distant agro-climatic data are measured in a three-dimensional reference frame, and according to a predetermined step, in this case 10 cm x 10 cm in a horizontal plane.
[0243] De préférence, le module de transposition est également configuré pour calculer l’évapotranspiration potentielle (ETP) du sol sous ombrière, la nature limo- neuse, argileuse ou calcaire du sol étant connue, par exemple par un diagnostic préalable. La réserve utile du sol sous ombrière est également connue, par exemple grâce au diagnostic préalable. Un bilan hydrique est également calculé, connaissant les apports pluviométriques (mesurés ou en moyennés). On peut alors piloter l’ombrage des panneaux photovoltaïques pour que, l’évapotranspiration potentielle étant calculée, le bilan hydrique reste positif. [0243] Preferably, the transposition module is also configured to calculate the potential evapotranspiration (ETP) of the ground under the shade, the limousine nature- neous, clayey or calcareous soil being known, for example by a prior diagnosis. The useful reserve of the ground under the shade is also known, for example thanks to the preliminary diagnosis. A water balance is also calculated, knowing the rainfall inputs (measured or averaged). We can then control the shading of the photovoltaic panels so that, the potential evapotranspiration having been calculated, the water balance remains positive.
[0244] Le module de transposition est également configuré pour calculer un risque de stress (hydrique, radiatif ou thermique), le stress étant dépendant du stade phénologique. Le stress est une sensibilité agro-climatique. Par exemple, des plantes sont particulièrement sensibles au stress hydrique à un certain stade phénologique et moins sensibles au stress hydrique à d’autres stades phéno- logiques. [0244] The transposition module is also configured to calculate a risk of stress (water, radiative or thermal), the stress being dependent on the phenological stage. Stress is an agro-climatic sensitivity. For example, plants are particularly sensitive to water stress at a certain phenological stage and less sensitive to water stress at other phenological stages.
[0245] Par exemple, un stress hydrique est détecté si le bilan hydrique est inférieur à une valeur seuil prédéterminée. Le risque de stress hydrique peut être asservi à la valeur de la différence entre la valeur du bilan hydrique et la valeur seuil prédéterminée. [0245] For example, water stress is detected if the water balance is below a predetermined threshold value. The risk of water stress can be controlled by the value of the difference between the water balance value and the predetermined threshold value.
[0246] [0246]
[0247] * Module de modélisation de résultat agricole * [0247] * Agricultural result modeling module *
[0248] On peut prévoir un module de modélisation de résultat agricole recherché des plantes cultivées. [0248] We can provide a module for modeling the desired agricultural result of cultivated plants.
[0249] Ce module permet de modéliser la production agricole en fonction des besoins physiologiques et des sensibilités agro-climatiques desdites plantes, pour chaque stade phénologique desdites plantes. [0249] This module makes it possible to model agricultural production according to the physiological needs and agro-climatic sensitivities of said plants, for each phenological stage of said plants.
[0250] On peut prévoir que la production agricole prime sur la production photovoltaïque, de sorte que la position d’un panneau photovoltaïque, qui pourrait par exemple être perpendiculaire aux rayons solaires pour optimiser la production électrique, peut voir sa position pivoter pour ne plus être perpendiculaire aux rayons du soleil, pour optimiser la production agricole, ou réciproquement en fonction des conditions climatiques locales. [0250] It can be expected that agricultural production takes precedence over photovoltaic production, so that the position of a photovoltaic panel, which could for example be perpendicular to the solar rays to optimize electrical production, can see its position pivot so that it no longer be perpendicular to the sun's rays, to optimize agricultural production, or vice versa depending on local climatic conditions.
[0251] Mais plus généralement, la présente invention vise à optimiser à la fois la production agricole et la production d’énergie photovoltaïque. [0251] But more generally, the present invention aims to optimize both agricultural production and the production of photovoltaic energy.
[0252] Typiquement, ce module est configuré pour calculer le résultat agricole recherché par la somme des résultats agricoles par stade phénologique, sous ombrière. [0252] Typically, this module is configured to calculate the agricultural result sought by the sum of the agricultural results by phenological stage, under shade.
[0253] [0253]
[0254] On peut prévoir d’émettre une instruction de commande de la position horizontale, verticale ou angulaire des panneaux photovoltaïques en fonction du résultat du calcul de l’un au moins desdits modules, grâce à un algorithme d’optimisation du module d’optimisation. [0254] It is possible to provide an instruction for controlling the horizontal, vertical or angular position of the photovoltaic panels as a function of the result of the calculation of at least one of said modules, thanks to an optimization algorithm of the module. optimization.
[0255] Le module d’optimisation peut ainsi émettre une instruction de commande audit système de commande SCADA, par exemple pour anticiper un événement climatique qui approche la zone de plantes cultivées, et par exemple déplier les panneaux photovoltaïques au maximum afin qu’ils protègent l’ensemble de plantes cultivées de la pluie, de la neige, de la grêle, etc. [0256] Au contraire du cas ci-dessus, par exemple après une longue période humide, ou sans ensoleillement, l’instruction de commande au système de commande SCADA peut être de replier les panneaux photovoltaïques au maximum afin de laisser un maximum de soleil aux plantes cultivées. [0255] The optimization module can thus issue a control instruction to said SCADA control system, for example to anticipate a climatic event which approaches the area of cultivated plants, and for example unfold the photovoltaic panels as much as possible so that they protect all cultivated plants from rain, snow, hail, etc. [0256] Unlike the case above, for example after a long humid period, or without sunshine, the control instruction to the SCADA control system can be to fold the photovoltaic panels as much as possible in order to leave maximum sunlight to the cultivated plants.
[0257] L’instruction de commande envoyée au système de commande SCADA comprend la position horizontale, verticale ou angulaire que doit adopter au moins un panneau photovoltaïque pour une période donnée, c’est-à-dire une plage de temps déterminée. [0257] The control instruction sent to the SCADA control system includes the horizontal, vertical or angular position that at least one photovoltaic panel must adopt for a given period, that is to say a determined time range.
[0258] Selon l’invention, la position horizontale, verticale ou angulaire est fonction au moins dudit stade phénologique déterminé et de la position relative dudit panneau photovoltaïque et du soleil, qui est liée au jour de l’année et à l’heure du jour ; ainsi que de la position relative dudit panneau photovoltaïque et desdites plantes, c’est-à-dire notamment de l’ombre projetée par un panneau photovoltaïque sur les plantes, en fonction de sa position horizontale et verticale, ainsi que de sa position angulaire. [0258] According to the invention, the horizontal, vertical or angular position is a function of at least said determined phenological stage and the relative position of said photovoltaic panel and the sun, which is linked to the day of the year and the time of day. day ; as well as the relative position of said photovoltaic panel and said plants, that is to say in particular the shadow projected by a photovoltaic panel on the plants, as a function of its horizontal and vertical position, as well as its angular position.
[0259] Grâce à la présente invention, par exemple en fonction de la saison, de la date de semis et éventuellement d'autres paramètres, le SCADA peut piloter, automatiquement et régulièrement, la position et l'orientation des panneaux photovoltaïques de façon à satisfaire aux besoins d'ensoleillement, de température, d'hygrométrie, de pluviométrie des cultures sur une période de temps donnée. [0259] Thanks to the present invention, for example depending on the season, the sowing date and possibly other parameters, the SCADA can control, automatically and regularly, the position and orientation of the photovoltaic panels so as to meet the needs for sunshine, temperature, humidity and rainfall of crops over a given period of time.
[0260] Par exemple, les panneaux photovoltaïques sont orientés pendant une fraction de la journée selon une première position pour laisser passer le plus de lumière possible, au détriment de la production électrique. Puis, une fois le besoin d'ensoleillement des plantes satisfait, les panneaux photovoltaïques sont orientés pendant une autre fraction de la journée selon une deuxième position pour maximiser la production électrique. [0260] For example, the photovoltaic panels are oriented during a fraction of the day according to a first position to allow as much light as possible to pass through, to the detriment of electrical production. Then, once the plants' need for sunlight is satisfied, the photovoltaic panels are oriented during another fraction of the day in a second position to maximize electricity production.
[0261] Toutefois, par exemple si une donnée agro-climatique, par exemple la température locale mesurée au niveau des plantes cultivées est excessive, ou supérieure à une valeur prédéterminée, l'orientation des panneaux photovoltaïques peut être modifiée pour abriter les plantes cultivées du soleil par l’ombre projetée des panneaux photovoltaïques et éviter ainsi un échauffement excessif de celles-ci. [0261] However, for example if an agro-climatic data, for example the local temperature measured at the level of the cultivated plants, is excessive, or greater than a predetermined value, the orientation of the photovoltaic panels can be modified to shelter the cultivated plants from the sun by the shadow projected by the photovoltaic panels and thus avoid excessive heating of them.
[0262] L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits. [0262] The invention is not limited to the embodiments previously described.
[0263] On peut prévoir que le dispositif agrivoltaïque est en outre relié à un ensemble d’au moins une station météorologique, c’est-à-dire aux capteurs agro-climatiques distants. [0263] It can be envisaged that the agrivoltaic device is also connected to a set of at least one meteorological station, that is to say to remote agro-climatic sensors.
[0264] Par exemple, on peut prévoir une pluralité de stations météorologiques en réseau. [0264] For example, we can provide a plurality of networked weather stations.
[0265] Les données agro-climatiques émises par l’ensemble de stations météorologiques sont reçues par le module d’optimisation. [0265] The agro-climatic data transmitted by the set of meteorological stations are received by the optimization module.
[0266] Par exemple, une sécheresse est observée pendant 15 jours au mois de mars. Grâce à la présente invention, il est possible de calculer, un ensemble d’indicateurs agro-climatiques permettant de déterminer notamment le stress hydrique, le stress thermique, l’ombrage, la température, etc. des plantes cultivées, et l’influence que cet événement va avoir sur le rendement, par stade phénologique. [0266] For example, a drought is observed for 15 days in March. Thanks to the present invention, it is possible to calculate a set of agro-climatic indicators making it possible to determine in particular stress water, heat stress, shading, temperature, etc. of cultivated plants, and the influence that this event will have on yield, by phenological stage.
[0267] Grâce à la présente invention, il est possible de calculer, en outre, grâce à l’intelligence artificielle, l’impact de chaque indicateur agro-climatique, par stade phénologique, sur le rendement global. [0267] Thanks to the present invention, it is possible to calculate, in addition, using artificial intelligence, the impact of each agro-climatic indicator, by phenological stage, on the overall yield.
[0268] Typiquement, les données d’historique sont publiques, hors ombrière. [0268] Typically, historical data is public, outside the shadow box.
[0269] Il est ainsi possible de calculer l’impact de l’ombrière sur le rendement global, donc du rendement sous ombrière. [0269] It is thus possible to calculate the impact of the shade on the overall yield, therefore the yield under the shade.
[0270] Par exemple, il est possible grâce à l’invention de prédire à que le rendement de plantes cultivées avec ombrière dans une zone donnée, ayant un climat local, par exemple celle de la ville d’Agen, équivaut à un climat hors ombrière d'une zone située à une latitude plus élevée (en hémisphère nord), par exemple celle de la ville de Tours. [0270] For example, it is possible thanks to the invention to predict that the yield of plants cultivated with shade in a given area, having a local climate, for example that of the town of Agen, is equivalent to a climate outside shade house of an area located at a higher latitude (in the northern hemisphere), for example that of the city of Tours.
[0271] Le module d’optimisation permet d’optimiser le rendement des plantes cultivées, grâce aux indicateurs agro-climatiques, en perdant le moins possible de production photovoltaïque. [0271] The optimization module makes it possible to optimize the yield of cultivated plants, thanks to agro-climatic indicators, while losing as little photovoltaic production as possible.
[0272] [0272]
[0273] Nomenclature [0273] Nomenclature
[0274] 10 panneau photovoltaïque [0274] 10 photovoltaic panel
[0275] 20 structure porteuse [0275] 20 supporting structure
[0276] 21 poteau [0276] 21 post
[0277] 30 plantes cultivées [0277] 30 cultivated plants
[0278] 100 dispositif agrivoltaïque [0278] 100 agrivoltaic device
[0279] 200 serveur [0279] 200 server
[0280] 210 module d’optimisation [0280] 210 optimization module
[0281] 220 module heuristique [0281] 220 heuristic module
[0282] 230 module de détermination des besoins physiologiques [0282] 230 module for determining physiological needs
[0283] 240 module de modélisation de la production électrique [0283] 240 electrical production modeling module
[0284] 250 module de transposition [0284] 250 transposition module
[0285] 260 module de modélisation de résultat agricole [0285] 260 agricultural result modeling module
[0286] 300 système de commande et d’acquisition de données en temps réel (SCADA) [0286] 300 real-time control and data acquisition (SCADA) system
[0287] 400 capteurs agro-climatiques locaux [0287] 400 local agro-climatic sensors
[0288] 410 capteurs agro-climatiques distants [0288] 410 remote agro-climatic sensors
[0289] 420 satellite [0289] 420 satellite

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Procédé de pilotage d’un dispositif agrivoltaïque, ledit dispositif agrivoltaïque comprenant : [Claim 1] Method for controlling an agrivoltaic device, said agrivoltaic device comprising:
- un ensemble de panneaux photovoltaïques disposés au-dessus d’une zone comprenant un ensemble de plantes cultivées, - a set of photovoltaic panels arranged above an area comprising a set of cultivated plants,
- un ensemble d’actuateurs, configurés pour modifier la position dudit ensemble des panneaux, - a set of actuators, configured to modify the position of said set of panels,
- une structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques, lesdits panneaux étant mobiles selon l’un au moins parmi : en rotation par rapport à un axe horizontal, en translation dans un plan horizontal, en translation selon un axe vertical, de sorte à pouvoir adopter plusieurs positions horizontales, verticales ou angulaires grâce audit ensemble d’actuateurs, et disposés à une hauteur inférieure à une valeur prédéterminée d’un ensemble de plantes cultivées, l’ombre projetée sur les plantes par les panneaux photovoltaïques étant modifiée par le changement de position ou d’angle desdits panneaux, modifiant ainsi les conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées, - a supporting structure which supports the photovoltaic panels, said panels being movable in at least one of: in rotation relative to a horizontal axis, in translation in a horizontal plane, in translation along a vertical axis, so as to be able to adopt several horizontal, vertical or angular positions thanks to said set of actuators, and arranged at a height lower than a predetermined value of a set of cultivated plants, the shadow projected on the plants by the photovoltaic panels being modified by the change in position or corner of said panels, thus modifying the microclimatic conditions of the area comprising all the cultivated plants,
- un système de commande et d’acquisition de données en temps réel, configuré pour piloter la position horizontale, verticale ou angulaire de l’ensemble de panneaux photovoltaïques, - a real-time control and data acquisition system, configured to control the horizontal, vertical or angular position of the set of photovoltaic panels,
- un serveur, configuré pour recevoir et stocker des données agroclimatiques, et comportant un module d’optimisation comprenant des lignes de code définissant son fonctionnement et configuré pour émettre des instructions de commande au système de commande pour la position des panneaux photovoltaïques ; le procédé comprenant des étapes consistant à : - a server, configured to receive and store agroclimatic data, and comprising an optimization module comprising lines of code defining its operation and configured to issue control instructions to the control system for the position of the photovoltaic panels; the method comprising steps consisting of:
- déterminer le stade phénologique auquel se trouvent lesdites plantes ; - determine the phenological stage at which said plants are found;
- recevoir, par un module d’optimisation, un ensemble de données agro-climatiques relatives à la zone comprenant un ensemble de plantes cultivées ; - receive, through an optimization module, a set of agro-climatic data relating to the area including a set of cultivated plants;
- calculer, par le module d’optimisation, un ensemble d’indicateurs agro-climatiques en fonction desdites données agro-climatiques ; caractérisé en ce qu’il comprend en outre des étapes consistant à :- calculate, using the optimization module, a set of agro-climatic indicators based on said agro-climatic data; characterized in that it further comprises steps consisting of:
- déterminer un rendement potentiel de l’ensemble de plantes cultivées, - determine a potential yield of all cultivated plants,
- déterminer l’impact de chaque indicateur agro-climatique calculé sur le rendement potentiel de l’ensemble de plantes cultivées en fonction de leur stade phénologique déterminé, - determine the impact of each agro-climatic indicator calculated on the potential yield of all cultivated plants according to their determined phenological stage,
- émettre, par le module d’optimisation vers le système de commande, une instruction de commande comprenant la position horizontale, verticale ou angulaire que doit adopter au moins un panneau photovoltaïque pour une période donnée, l’instruction de commande étant fonction de l’ensemble d’indicateurs agro- climatiques, et de l’impact de chaque indicateur agro-climatique calculé sur le rendement potentiel de l’ensemble de plantes cultivées. - transmit, by the optimization module to the control system, a control instruction including the horizontal, vertical or angular position that at least one photovoltaic panel must adopt for a given period, the control instruction being a function of the set of agro-indicators climate, and the impact of each agro-climatic indicator calculated on the potential yield of all cultivated plants.
[Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre des étapes consistant à : [Claim 2] Method according to claim 1, further comprising steps consisting of:
- attribuer un poids à chaque indicateur agro-climatique calculé ; le poids attribué étant fonction du stade phénologique déterminé,- assign a weight to each calculated agro-climatic indicator; the weight assigned being a function of the phenological stage determined,
- cumuler l’ensemble des points attribués, et - accumulate all the points awarded, and
- piloter la position des panneaux en fonction de l’écart entre le cumul de l’ensemble des points attribués et une valeur seuil prédéterminée. - control the position of the panels according to the difference between the accumulation of all the points allocated and a predetermined threshold value.
[Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les données agro-climatiques sont envoyées par l’un au moins parmi : [Claim 3] Method according to claim 1 or 2, in which the agro-climatic data is sent by at least one of:
- des capteurs agro-climatiques locaux, disposés sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques; - local agro-climatic sensors, placed under the set of photovoltaic panels;
- des capteurs agro-climatiques distants, disposés à une distance inférieure à une valeur prédéterminée de la zone comprenant ledit ensemble de plantes cultivées, mais pas sous l’ensemble de panneaux photovoltaïques ; - remote agro-climatic sensors, arranged at a distance less than a predetermined value from the area comprising said set of cultivated plants, but not under the set of photovoltaic panels;
- des capteurs satellitaires ; les données agro-climatiques pouvant également être : - satellite sensors; agro-climatic data can also be:
- des données d’historique enregistrées dans une mémoire ; et- historical data recorded in a memory; And
- des données de prévisions météorologiques. - weather forecast data.
[Revendication 4] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins l’une des étapes parmi : [Claim 4] Method according to any one of the preceding claims, comprising at least one of the steps among:
- une détermination des besoins physiologiques desdites plantes par stade phénologique ; - a determination of the physiological needs of said plants by phenological stage;
- une modélisation de la production électrique desdits panneaux photovoltaïques au moins par pas de temps et par la position relative desdits panneaux photovoltaïques et du soleil ; - a modeling of the electrical production of said photovoltaic panels at least per time step and by the relative position of said photovoltaic panels and the sun;
- un calcul dimensionnel de la structure porteuse qui soutient les panneaux photovoltaïques ; - a dimensional calculation of the supporting structure which supports the photovoltaic panels;
- une détermination des conditions microclimatiques de la zone comprenant l’ensemble de plantes cultivées du dispositif agrivoltaïque ; - a determination of the microclimatic conditions of the area comprising all the cultivated plants of the agrivoltaic system;
- une modélisation de résultat agricole recherché desdites plantes, en fonction des indicateurs agro-climatiques desdites plantes, pour chaque stade phénologique desdites plantes ; l’instruction de commande étant fonction de l’une au moins desdites étapes. - a modeling of the desired agricultural result of said plants, according to the agro-climatic indicators of said plants, for each phenological stage of said plants; the control instruction being a function of at least one of said steps.
[Revendication 5] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre des étapes consistant à : [Claim 5] Method according to any one of the preceding claims, further comprising steps consisting of:
- détecter ou prévoir un événement climatique ou météorologique prédéterminé ; et - detect or predict a predetermined climatic or meteorological event; And
- émettre une instruction de commande de la position horizontale, verticale ou angulaire d’au moins un panneau photovoltaïque, en fonction du moment auquel ledit événement climatique ou météorologique est prévu ou détecté. - issue an instruction to control the horizontal, vertical or angular position of at least one photovoltaic panel, depending on the moment at which said climatic or meteorological event is predicted or detected.
[Revendication 6] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape consistant à simuler la production électrique du dispositif agrivoltaïque en fonction au moins de sa latitude et de la position relative des panneaux photovoltaïques par rapport au soleil, lesdits panneaux photovoltaïques pouvant être bifaciaux. [Claim 6] Method according to any one of the preceding claims, further comprising a step consisting of simulating the electrical production of the agrivoltaic device as a function of at least its latitude and the relative position of the photovoltaic panels relative to the sun, said panels photovoltaics which can be bifacial.
[Revendication 7] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape d’apprentissage automatique, configurée pour optimiser simultanément la production d’électricité d'origine photovoltaïque et la production agricole desdites plantes, l’apprentissage étant basé sur lesdites données agro-climatiques. [Claim 7] Method according to any one of the preceding claims, comprising an automatic learning step, configured to simultaneously optimize the production of electricity of photovoltaic origin and the agricultural production of said plants, the learning being based on said data agro-climatic.
[Revendication 8] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape consistant à déterminer le stade phénologique auquel se trouve lesdites plantes est mis en œuvre par déclaration, par date du calendrier, par traitement d’image desdites plantes, ou par cumul de degrés / jour, éventuellement incluant un effet d’ombrage. [Claim 8] Method according to any one of the preceding claims, in which the step consisting of determining the phenological stage at which said plants are located is implemented by declaration, by calendar date, by image processing of said plants, or by accumulation of degrees / day, possibly including a shading effect.
[Revendication 9] Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif agrivoltaïque est en outre relié à un ensemble d’au moins une station météorologique, éventuellement en réseau ; les données agro-climatiques reçues par le module d’optimisation étant issues au moins par ledit ensemble d’au moins une station météorologique. [Claim 9] Method according to any one of the preceding claims, in which the agrivoltaic device is also connected to a set of at least one meteorological station, possibly in a network; the agro-climatic data received by the optimization module being issued at least by said set of at least one meteorological station.
[Revendication 10] Programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un serveur, configuré pour recevoir et stocker des données agro-climatiques, et comportant un module d’optimisation comprenant des lignes de code définissant son fonctionnement et configuré pour émettre des instructions de commande au système de commande pour la position des panneaux photovoltaïques. [Claim 10] Computer program, comprising program code instructions for executing the steps of the method according to any one of the preceding claims, when said program is executed on a server, configured to receive and store agro-climatic data, and comprising an optimization module comprising lines of code defining its operation and configured to issue control instructions to the control system for the position of the panels photovoltaic.
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