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WO2011145034A2 - Systeme de recuperation d'energie renouvelable - Google Patents

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WO2011145034A2
WO2011145034A2 PCT/IB2011/052118 IB2011052118W WO2011145034A2 WO 2011145034 A2 WO2011145034 A2 WO 2011145034A2 IB 2011052118 W IB2011052118 W IB 2011052118W WO 2011145034 A2 WO2011145034 A2 WO 2011145034A2
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voltage
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solar panels
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David Orlando
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COSSECO SA
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a renewable energy recovery system, including geothermal energy by a heat pump system.
  • Heat pumps recover thermal energy from the ground or from the air and for this need pumps for the circulation of fluids and a compressor for the phase change of the fluid used for heat exchange.
  • Heat pumps are mainly used in buildings for heating in winter, or for heating swimming pools. Despite the use of renewable energy, heat pumps nevertheless require between 35 and 50% of electrical energy of the network for the supply of the electric motors of the circulators and the compressor.
  • Wind turbine or photovoltaic solar panel installations are relatively expensive and their connection to the electrical system of a residence or building is a problem in many countries, among other things because one can not inject current in the public network, even if technical solutions exist.
  • Solar energy and / or wind energy are unpredictable and / or variable and do not allow to ensure, continuously and as needed, the electrical energy needed for a residence, building or other construction .
  • the use of renewable energy systems is now generally more expensive than the energy available from the public grid, the cost of installing and operating renewable energy systems such as heat pumps or solar panels.
  • Solar photovoltaic is an important criterion for the commercialization of such systems.
  • JP 2010088276 a solar energy recovery system connected to a heat pump system is described.
  • the power supply of the heat pump system also comprises a power supply of the electrical network.
  • AC grid power is converted to DC direct current by an AC-DC converter and each current source - the grid, the solar panel, or a battery - are each connected to an inverter to generate a sinusoidal current to power the heat pump system.
  • Different inverters are controlled by a controller connected to a voltmeter at the output of the solar panels to vary the power between each source depending on the available solar power.
  • a disadvantage of this system is the high cost of providing an inverter for each power source and the controller to control the output of the different inverters, and also power losses related to this system of conversion and interconnection between several power sources. . Indeed, in this system as in conventional systems, we seek to recreate a sinusoidal wave for the power of the motors of the heat pump.
  • An object of the invention is to provide a renewable energy generation system which is economical to install and use and which has a large relationship between the renewable energy generated and the non-renewable energy used for its generation.
  • One of the specific objects of the invention is to provide a geothermal energy recovery system which is very economical to install and use and which is very efficient in order to allow a low consumption of electrical energy from the public network.
  • a renewable energy recovery system comprising at least one AC electric motor, one or several photovoltaic solar panels, and an AC-DC / DC electronic converter interconnected between the solar panels and the electric motor.
  • the system comprises at least one frequency converter connected to a direct current output DC of the electronic converter AC-DC / DC and to the electric motor.
  • the frequency converter is configured for direct power supply of the electric motor without a grid inverter being provided to convert the DC output of the photovoltaic solar panels.
  • the frequency converter allows at the same time to control the electric motor.
  • the renewable energy recovery system comprises a heat pump system with at least one electric motor for a compressor or a fluid circulation pump, one or more photovoltaic solar panels. , an electronic converter AC-DC / DC interconnected between the solar panels and the heat pump system, and at least one frequency converter connected to a current output DC continuous AC-DC / DC electronic converter and the electric motor configured for the supply and control of the speed and current of the electric motor.
  • the frequency converter is used to control and supply voltage / current to the electric motor that drives the compressor or to the circulating pumps of the heat pump. The addition of photovoltaic solar energy arrives in the electric motor with little loss because it avoids the use of three-phase inverters to process the DC signal of the solar panels in the converter.
  • the AC-DC / DC electronic converter of the invention is economical and very easy to achieve even for low power because it does not require any self or significant filter capacity since the frequency inverters are already equipped.
  • the compressor can have a three-phase electric motor and a 400V AC three-phase inverter and the circulators can have 230V AC single-phase electric motors with single-phase frequency converters or three-phase 230V AC.
  • the compressor and circulators can have 400V three-phase electric motors and inverters.
  • the heat pump system according to the invention may advantageously include an energy storage system comprising a thermal energy storage tank in order to be able to use the heat pump when the solar energy is sufficient to supply the electric motors.
  • the AC-DC / DC electronic converter comprises at least one input connected to the AC public grid and at least one DC input connected to the photovoltaic solar panels.
  • the converter may include one or more low-voltage outputs, such as a 24-volt DC output, configured for the supply of sensors, valves, controllers and electronics or another 5, 10 or 12V output for sensors.
  • the AC - DC / DC electronic converter is configured to perform an AC - DC conversion which rectifies the voltage of the AC public network to a DC voltage higher than the mains voltage, and a DC - DC conversion of the DC voltage of the DC. photovoltaic panels in a voltage greater than the DC voltage DC of the public network after conversion, these two conversions providing two sources of current. Both current sources can be connected to a frequency converter power supply and connected in parallel via diodes for protection of the power supply.
  • a difference between a network inverter and a frequency converter is that it allows to have a variable output frequency that ranges from 0 to 400Hz.
  • the grid inverter has a fixed output at 50 or 60 Hz and aims to supply the public network (50Hz or 60Hz) with a substantially sinusoidal signal.
  • MTPA Maximum Torque Per Ampere
  • the network inverter typically only has management to produce a 50 or 60Hz sinusoidal voltage.
  • FIG. 1a is a schematic illustration of a system of FIG. geothermal energy recovery according to one embodiment of the invention, with a high-power photovoltaic solar installation (less than 3kW);
  • Figure 1b is a schematic illustration of a geothermal energy recovery system according to one embodiment of the invention, with a medium power photovoltaic solar installation (3kW to 10kW);
  • FIG. 1a is a schematic illustration of a system of FIG. geothermal energy recovery according to one embodiment of the invention, with a high-power photovoltaic solar installation (less than 3kW)
  • Figure 1b is a schematic illustration of a geothermal energy recovery system according to one embodiment of the invention, with a medium power photovoltaic solar installation (3kW to 10kW);
  • FIG. 1a is a schematic illustration of a geothermal energy recovery system according to one embodiment of the invention, with a medium power photovoltaic solar installation (3kW to 10kW);
  • FIG. 1a is a schematic illustration of a geothermal energy recovery system according to one embodiment of
  • FIG. 1c is a schematic illustration of a geothermal energy recovery system according to one embodiment of the invention, with a high power photovoltaic solar installation (greater than 10kW);
  • Figure 2 is a circuit diagram of an AC-DC / DC electronic converter according to one embodiment of the invention;
  • Figure 3a is a schematic illustration of an electric motor of a heat pump compressor of a geothermal energy recovery system according to one embodiment of the invention;
  • Figure 3b is a schematic illustration of a power supply of a frequency converter and its connections to a solar panel according to one embodiment of the invention;
  • Figure 4 is a diagram illustrating the operating principle of a frequency converter;
  • Figure 5a is a graphical illustration of the waveform at the output of a frequency converter and
  • Figure 5b is a graph of the relationship between motor voltage and motor speed of the frequency converter;
  • FIG. 6a is a graphical illustration of the electric current supplied by a 175W solar photovoltaic panel as a function of the open circuit voltage for different sunshine values
  • FIG. 6b is a graphical illustration of the open circuit voltage, respectively of short-circuit current of a 175W solar photovoltaic panel depending on the amount of sunshine (in W / m 2 ).
  • a geothermal and solar energy recovery system 1 comprises a heat pump system 2, one or more photovoltaic solar panels 3, an electronic converter AC-DC / DC 4 interconnected between the solar panels and the heat pump system, geothermal probes 6, and optionally an energy storage system 5.
  • the heat pump system 2 is fluidly connected to the geothermal probes for recovering energy thermal energy of the soil or air and provide this energy to one or more users of thermal energy 7, such as buildings, swimming pools or other constructions.
  • thermal energy 7 such as buildings, swimming pools or other constructions.
  • One or more temperature probes may be connected to a controller 35 of the heat pump system 2 for controlling the heating and storage circuits, including the valves of its circuits, depending on the outside and / or indoor temperature and the parameters defined by the users.
  • the thermal energy produced can therefore be stored or used directly according to the needs and the surrounding temperature.
  • Between 30 and 50% of the energy supplied by a conventional heat pump system comes from the electricity grid, this energy being necessary for the fluid circulation pumps through the heat exchanger and in the geothermal probes, and especially for the operation of the compressor of the heat pump.
  • the regulation of the energy supplied to the user by a conventional heat pump is performed by the engagement and tripping of the system, the switching time regulating the amount of heat energy supplied.
  • the electric motors of the compressor and conventional circulation pumps therefore have a very simple control system of the switch type for switching on and off the motors.
  • the electric motors are connected to the urban electricity network (in Europe alternating current 50 Hz and 230 Volts single-phase, 400 Volts three-phase).
  • engines run at constant, non-variable speeds.
  • Conventional heat pump systems have no storage system and this would not make sense since there would be no benefit in storing energy in a conventional heat pump system.
  • the heat pump comprises a fluid circuit passing through a heat exchanger 8 and the geothermal probe 6, the circuit comprising a cold circuit portion 10 and a hot circuit portion 12.
  • the heat pump may comprise a single fluid circuit, or two fluid circuits separated by the heat exchanger.
  • the heat pump system comprises one, two or more circulators 18a, 18b comprising fluid pumps driven by electric motors 15 '.
  • the compressor 14 also comprises an electric motor 15, typically of greater power than the electric motors of the circulators.
  • the circulator and the compressor of the system according to the invention are advantageously supplied and controlled by frequency converters 16, 16 ', these frequency converters being connected to the current voltage outputs. continuous 24, 25 of the electronic converter 4.
  • the electronic converter 4 has DC inputs 23 connected to the photovoltaic solar panels 3 and also has inputs 21, 22 for AC of the three-phase (400 Vac) and single-phase (230 Vac).
  • the electronic converter 4 can advantageously also include a low-voltage output, such as a 24-volt DC output for the supply of sensors, valves, controllers and electronics.
  • An advantageous embodiment of the converter circuit is illustrated in FIG. 2.
  • the electronic converter 4 according to the invention advantageously makes it possible to directly connect the solar panels as well as the public electricity grid to the electric motors, by managing the contribution of the sources of electrical energy depending on the sun, and also allowing a control of the motors by the variable frequency drives, for an optimal use of the solar energy in a very economic configuration.
  • the configuration of the electronic converter may depend on the electrical power of the photovoltaic solar panels 3, as illustrated by Figures 1a, 1b and 1c summarized below by way of illustration:
  • the electronic converter AC-DC / DC 4 which makes it possible to supply DC power to the frequency converter 16 by its three-phase input or by a DC bus if available, has the following characteristics:
  • the compressor has a three-phase electric motor and a 400V AC three-phase 16 drive and the circulators 18a, 18b have single-phase 230V AC electric motors with 16 'single-phase or three-phase 230V AC frequency inverters.
  • Figure 1b Medium Power Plant - Photovoltaic Solar Panels from 3 to 10kW
  • the electronic converter AC-DC / DC 4 which makes it possible to supply DC power to the frequency converter 16 by its three-phase input or by a DC bus if available, has the following characteristics:
  • the compressor has a three-phase electric motor and a 400V AC three-phase 16 drive and the circulators 18a, 18b have single-phase 230V AC electric motors with 16 'single-phase or three-phase 230V AC frequency inverters.
  • Figure 1c Large Power Plant - Photovoltaic Solar Panels from 10kW to 100kW
  • the electronic converter AC-DC / DC 4 which makes it possible to supply DC power to the frequency converter 16 by its three-phase input or by a DC bus if available, has the following characteristics:
  • the compressor has a three-phase electric motor and a four-phase 400V AC 16 drive and the circulators 18a, 18b have three-phase 400V AC 15 'electric motors with 16' three-phase 400V AC frequency inverters.
  • the heat pump system 2 integrates the electronic converter AC-DC / DC 4 and an electronic controller or control in combination with one or more frequency inverters 16, 16 'which make it possible to manage the heating or cooling power as a function of available photovoltaic solar energy and user needs.
  • the electronic converter AC-DC / DC 4 (see FIGS.
  • an AC DC to DC direct current conversion which rectifies the AC 400V AC and 230V AC rectifier network into a DC voltage of 540V DC and 310V DC
  • a direct current conversion DC - DC DC which is the transformation of the DC voltage DC photovoltaic panels 3 into a slightly higher voltage (for example from 5 to 30%, for example d about 15%) to the DC voltage DC of the 400V AC / 230V AC public networks after conversion.
  • the DC voltage of the electronic converter 4 thus obtained is advantageously used directly for supplying the frequency converter 16, 16 'with its three-phase or single-phase power supply or with its DC bus, if available. On the three-phase frequency inverters, it is possible to connect to the DC output 24, 25 of the electronic converter 4 only two phases L1, L2 (see FIGS.
  • This configuration according to the invention advantageously makes it possible to use the capacitance of filtering, accumulating and regulating the frequency converter because it contains capacitors of high capacity under a high DC voltage (> 540V DC), and the winding the electric motor 15, 15 'can advantageously be used as a smoothing choke.
  • the electronic converter AC-DC / DC 4 of the invention is therefore low cost and very easy to achieve even for low power of 1-2 kilowatts because, advantageously, it does not require self and significant filtering capabilities since frequency converters 16, 16 'are already provided.
  • the regulator of the frequency converter controls and supplies voltage / current to the electric motor 15 which drives the compressor 14 of the heat pump 2 according to the data sent by the controller 36 of the heat pump.
  • the controller 36 of the heat pump will adapt the heating or cooling power according to the available electric solar energy and the needs of the user.
  • the regulation of the heat pump makes it possible to optimize the utilization factor of solar energy, ideally close to 100%, without having the need to inject solar electricity into the public network.
  • the geothermal heat pump can heat homes and sanitary water, the electricity required for its operation mainly from the 230V single-phase or 400V three-phase public network. If sunshine allows it, an electrical supply of photovoltaic solar panels can reduce the consumption on the public network.
  • the controller of the heat pump calculates in real time the power available by photovoltaic solar panels and adapts its heating power to obtain the best ratio energy network / solar energy.
  • the heat pump according to the invention can advantageously operate continuously during the day by avoiding a start / stop function of conventional heat pumps, which allows to obtain a good performance.
  • Photovoltaic solar input is more important than in winter and the need for less heat energy, and therefore the heat pump will be able to operate almost only with solar energy.
  • the surplus during the day can be stored in a storage balloon 30 and returned overnight. Summer operation
  • the heat pump can operate in cooling mode using only solar photovoltaic energy.
  • Cold storage can be done in a water storage tank that will be used as requested.
  • the heat that is generated can advantageously be sent to the geothermal probes and the soil can be used to store thermal energy. This stored energy can be used especially in autumn, and even in winter.
  • the electronics can still be powered by photovoltaic solar panels via electronic converter AC-DC / DC during the day even if the sun is not present. This optimizes the use of photovoltaic solar panels.
  • the frequency converter is used to convert the DC voltage of the solar photovoltaic converter into a usable three-phase AC voltage directly by a three-phase electric motor with speed and current control, as illustrated by the graphs in Figure 5a, 5b.
  • the electric motor drives the compressor 14 of the heat pump as well as the circulation pumps P1, P2 for heating and geothermal probes 6.
  • the frequency converter 16, 16 'contains capacitors of high capacity which allow to store sufficiently of energy to produce the current peaks needed by the motor.
  • the invention combines photovoltaic solar panels with a frequency converter on the market, and makes it possible to use the controller 36 of the frequency converter 16 to generate a three-phase AC voltage with a control of the speed and the current of the electric motor 15, 15 .
  • the heat pump controller 36 sends the speed reference to the frequency converter 16,16 ', 16 "according to several parameters such as:
  • the power supply 34 of the frequency converter 16, 16 ' is via these connection terminals normally used for connection to 400VAC / 50Hz three-phase networks (Europe).
  • the bridge of six diodes D1, D2 passes the current in the direction of the arrows, so there is no short circuit. These diodes are sized for withstands reverse voltages of 1000V DC, which allows operation of the solar controller with a voltage up to 800V DC.
  • a photovoltaic solar panel produces a current as a function of sunlight in a substantially proportional manner.
  • the maximum power depending on the sunshine is almost always available with the same output voltage, the difference being about 10%.
  • this power remains essentially constant in the same voltage range, which facilitates the construction of the electronic converter 4 and its DC-DC conversion.
  • the converter uses PWM technology in push-pull mode at an average frequency of 100 kHz for DC / DC conversion.
  • This frequency is a good compromise because it allows the use of standard electronic components.
  • the transformer may for example be Ferroxcube type ETD59 with losses at a frequency of 150Khz which are not too high.
  • the sizing of the transformer is optimized according to the voltage / current characteristics of the photovoltaic solar panels, to reach a duty cycle of about 49% to obtain the maximum power of the transformer.
  • Overvoltage protection may be provided when the DC voltage of the converter exceeds 800V DC, since the capacitors of the 400VAC / 50Hz three-phase frequency converters on the market have a maximum operating voltage of 800VDC.
  • the AC-DC / DC electronic converter can be configured to provide only the low power conversions for supplying the circulating pumps as well as the controller of the heat pump.
  • the controller of the heat pump 36 may be of industrial current type such as the Saia PCD1 m, having enough analog inputs to better analyze the needs, the efficiency and the energy productivity, such as:
  • the advantageous combination of solar panels and a frequency converter with an electronic converter for connecting the two according to the invention can be used in other applications than the heat pump, for example in ventilation systems of a building. , or for industrial production systems using thermal energy.
  • the invention makes it possible, without significant modification, to connect frequency converters available on the market on photovoltaic solar panels without the need to use a three-phase inverter. Three-phase electric motors have a very good efficiency, so it is very advantageous to use this solar energy through frequency inverters.

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Abstract

Système de récupération d'énergie renouvelable (1 ) comprenant un système de pompe à chaleur (2) avec au moins un moteur électrique (16, 16') pour un compresseur (14) ou une pompe de circulation de fluide (18a, 18b), un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques (3), et un convertisseur électronique (4) AC-DC/DC interconnecté entre les panneaux solaires et le système de pompe à chaleur. Le système comprend au moins un variateur de fréquence (16, 16') connecté à une sortie courant continu DC (24, 25) du convertisseur et au moteur électrique pour l'alimentation et la commande du moteur électrique.

Description

Système de récupération d'énergie renouvelable
La présente invention concerne un système de récupération d'énergie renouvelable, notamment d'énergie géothermique par un système de pompe à chaleur.
Les pompes à chaleur conventionnelles récupèrent de l'énergie thermique du sol ou de l'air et pour cela ont besoin de pompes pour la circulation de fluides et d'un compresseur pour le changement de phase du fluide utilisé pour l'échange thermique. Les pompes à chaleur sont principalement utilisées dans des bâtiments pour le chauffage en hiver, ou pour le chauffage de piscines. Malgré l'utilisation d'énergie renouvelable, les pompes à chaleur nécessitent néanmoins entre 35 et 50% d'énergie électrique du réseau pour l'alimentation des moteurs électriques des circulateurs et du compresseur.
Pour réduire la consommation d'énergie non renouvelable, il est envisageable d'utiliser d'autres sources d'énergie comme des panneaux solaires photovoltaïques ou des turbines à vent. Les installations de turbines à vent ou de panneaux solaires photovoltaïques sont relativement coûteuses et leur connexion au système électrique d'une résidence ou d'un bâtiment pose un problème dans de nombreux pays, entre autre du fait que l'on ne peut pas injecter du courant dans le réseau public, quand bien même des solutions techniques existent. L'énergie solaire et/ou l'énergie du vent sont toutefois imprévisibles et/ou variables et ne permettent pas d'assurer, en continu et selon les besoins, l'énergie électrique dont a besoin une résidence, un bâtiment ou une autre construction. L'utilisation de systèmes d'énergie renouvelable étant aujourd'hui généralement plus coûteuse que l'énergie disponible du réseau électrique public, le coût d'installation et d'opération de systèmes d'énergie renouvelable tels que les pompes à chaleur ou les panneaux solaires photovoltaïques est un critère important pour la commercialisation de tels systèmes. Il est connu de connecter des panneaux solaires à un système de récupération d'énergie tel qu'une batterie, ou connecté à un réseau électrique publique 50 Hz ou 60 Hz. Dans ce dernier cas, la sortie en courant direct DC des panneaux solaires est connectée à un onduleur réseau ("grid inverter") qui génère un courant sinusoïdal de fréquence fixe 50 ou 60Hz à une tension correspondant à la tension du réseau (par exemple 230 VAC, 1 10 VAC). Le courant sinusoïdal ainsi généré peut être consommé par toute machine connectée au réseau électrique domestique. Toutefois, un désavantage de la conversion du courant du panneau solaire par un onduleur connecté au réseau, est d'une part les pertes d'énergie de conversion du courant DC en courant alternatif sinusoïdal et le coût relativement important des onduleurs réseaux du fait que l'on recherche à générer un courant alternatif sinusoïdal. Dans JP 2010088276, un système de récupération d'énergie solaire connecté à un système de pompe à chaleur est décrit. Pour tenir compte des variations de puissance électrique fournie par les panneaux solaires, l'alimentation du système de pompe à chaleur comprend également une alimentation du réseau électrique. Le courant alternatif de réseau électrique est converti en courant direct DC par un convertisseur AC-DC et chaque source de courant - le réseau, le panneau solaire, ou encore une batterie - sont connectés chacun à un onduleur afin de générer un courant sinusoïdal pour alimenter le système de pompe à chaleur. Différents onduleurs sont contrôlés par un contrôleur connecté à un voltmètre à la sortie des panneaux solaires afin de varier la puissance entre chaque source en fonction de la puissance d'énergie solaire disponible. Un désavantage de ce système est le coût important pour fournir un onduleur pour chaque source de courant et du contrôleur pour contrôler la sortie des différents onduleurs, et également des pertes de puissance liées à ce système de conversion et d'interconnexion entre plusieurs sources de courant. En effet, dans ce système comme dans des systèmes conventionnels, on cherche à recréer une onde sinusoïdale pour l'alimentation du des moteurs de la pompe à chaleur. Un but de l'invention est de réaliser un système de génération d'énergie renouvelable qui est économe à installer et à utiliser et qui a un grand rapport entre l'énergie renouvelable générée et l'énergie non renouvelable utilisée pour sa génération.
Un des buts spécifiques de l'invention est de fournir un système de récupération d'énergie géothermique qui est très économe à installer et à utiliser et qui est très efficace afin de permettre une faible consommation d'énergie électrique provenant du réseau public.
Les objets de l'invention sont réalisés par le système de récupération d'énergie renouvelable selon la revendication 1 ou 2. Dans la présente, on décrit un système de récupération d'énergie renouvelable comprenant au moins un moteur électrique à courant alternatif, un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques, et un convertisseur électronique AC-DC/DC interconnecté entre les panneaux solaires et le moteur électrique. Le système comprend au moins un variateur de fréquence connecté à une sortie courant continue DC du convertisseur électronique AC-DC/DC et au moteur électrique. Le variateur de fréquence est configuré pour l'alimentation directe du moteur électrique sans qu'un onduleur réseau soit fourni pour effectuer une conversion de la sortie DC des panneaux solaires photovoltaïques. Le variateur de fréquence permet en même temps de commander le moteur électrique.
Dans une forme d'exécution spécifique de l'invention, le système de récupération d'énergie renouvelable comprend un système de pompe à chaleur avec au moins un moteur électrique pour un compresseur ou une pompe de circulation de fluide, un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques, un convertisseur électronique AC-DC/DC interconnecté entre les panneaux solaires et le système de pompe à chaleur, et au moins un variateur de fréquence connecté à une sortie courant continue DC du convertisseur électronique AC-DC/DC et au moteur électrique configuré pour l'alimentation et le contrôle de la vitesse et du courant du moteur électrique. Avantageusement, le variateur de fréquence permet de contrôler et d'alimenter en tension/courant le moteur électrique qui entraîne le compresseur ou encore des pompes de circulation de la pompe à chaleur. L'appoint de l'énergie solaire photovoltaïque arrive dans le moteur électrique avec peu de perte car on évite l'utilisation d'onduleurs triphasés pour traiter le signal DC des panneaux solaires dans le convertisseur. Le convertisseur électronique AC-DC/DC de l'invention est économe et très facile à réaliser même pour des puissances faibles car il ne nécessite aucun self ou capacité de filtrage importante puisque les variateurs de fréquence en sont déjà pourvus. Pour une installation de petite (<3kW) ou de moyenne puissance (<10kW), le compresseur peut avoir un moteur électrique triphasé et un variateur triphasé 400V AC et les circulateurs peuvent avoir des moteurs électriques monophasés 230V AC avec des variateurs de fréquence monophasés ou triphasés 230V AC. Pour une installation de grande puissance (>10kW), le compresseur et les circulateurs peuvent avoir des moteurs électriques et des variateurs triphasés 400V.
Le système de pompe à chaleur selon l'invention peut avantageusement inclure un système de stockage d'énergie comprenant un ballon de stockage d'énergie thermique afin de pouvoir utiliser la pompe à chaleur lorsque l'énergie solaire est suffisante pour alimenter les moteurs électriques.
Le convertisseur électronique AC-DC/DC comprend au moins une entrée connectée au réseau électrique public alternatif et au moins une entrée en courant continu connectée aux panneaux solaires photovoltaïques. Le convertisseur électronique AC-DC/DC peut, en outre, comprendre une ou plusieurs sorties basse tension, telle qu'une sortie 24 Volts en courant continu, configurée pour l'alimentation de capteurs, de vannes, d'automates et de l'électronique ou encore une sortie 5, 10 ou 12V pour des capteurs.
Le convertisseur électronique AC-DC/DC est configuré pour opérer une conversion AC - DC qui redresse la tension du réseau public alternatif en une tension continue de valeur plus élevée que la tension du réseau, et une conversion DC - DC de la tension DC des panneaux photovoltaïques en une tension de valeur supérieure à la tension en courant continu DC du réseau public après conversion, ces deux conversions fournissant deux sources de courant. Les deux sources de courant peuvent êtres connectées à une alimentation du variateur de fréquence et mises en parallèle via des diodes de protection de l'alimentation. Une différence entre un onduleur réseau et un variateur de fréquence est que ce dernier permet d'avoir une fréquence de sortie variable qui va de 0 à 400Hz. L'onduleur réseau à une sortie fixe à 50 ou 60 Hz et vise à alimenter le réseau public (50Hz ou 60Hz) avec un signal essentiellement sinusoïdal. Le variateur de fréquence a avantageusement des algorithmes de contrôle du courant par rapport à la fréquence qui permet de produire le couple maximum dans un moteur par rapport au courant (MTPA = Maximum Torque Per Ampère) ce qui permet d'utiliser au mieux le courant des panneaux photovoltaïques qui sont une source de courant. En contraste, l'onduleur réseau a typiquement uniquement une gestion pour produire une tension sinusoïdale de 50 ou 60Hz.
Une autre différence importante du système selon l'invention est l'absence de filtre LC à la sortie du variateur de fréquence car il est conçu pour alimenter directement des moteurs alternatifs. D'autres buts et aspects avantageux de l'invention ressortiront des revendications, de la description détaillée d'une forme d'exécution ci-après et des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 a est une illustration schématique d'un système de récupération d'énergie géothermique selon une forme d'exécution de l'invention, avec une installation solaire photovoltaïque de grande puissance (inférieure à 3kW) ; la figure 1 b est une illustration schématique d'un système de récupération d'énergie géothermique selon une forme d'exécution de l'invention, avec une installation solaire photovoltaïque de moyenne puissance (3kW à 10kW) ; la figure 1 c est une illustration schématique d'un système de récupération d'énergie géothermique selon une forme d'exécution de l'invention, avec une installation solaire photovoltaïque de grande puissance (supérieure à 10kW) ; la figure 2 est un diagramme du circuit d'un convertisseur électronique AC-DC/DC selon une forme d'exécution de l'invention ; la figure 3a est une illustration schématique d'un moteur électrique d'un compresseur d'une pompe à chaleur d'un système de récupération d'énergie géothermique selon une forme d'exécution de l'invention; la figure 3b est une illustration schématique d'une alimentation d'un variateur de fréquence et ses connexions à un panneau solaire selon une forme d'exécution de l'invention; la figure 4 est un schéma illustrant le principe de fonctionnement d'un variateur de fréquence; la figure 5a est une illustration graphique de la forme d'onde à la sortie d'un variateur de fréquence et la figure 5b est un graphique de la relation entre tension moteur et vitesse moteur du variateur de fréquence; la figure 6a est une illustration graphique du courant électrique fourni par un panneau solaire photovoltaïque de 175W en fonction de la tension à circuit ouvert pour différentes valeurs d'ensoleillement, et la figure 6b est une illustration graphique de la tension à circuit ouvert, respectivement du courant en court circuit d'un panneau solaire photovoltaïque de 175W en fonction de l'ensoleillement (en W/m2).
Faisant références aux figures, un système de récupération d'énergie géothermique et solaire 1 selon des formes d'exécution de l'invention comprend un système de pompe à chaleur 2, un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques 3, un convertisseur électronique AC-DC/DC 4 interconnecté entre les panneaux solaires et le système de pompe à chaleur, des sondes géothermiques 6, et optionnellement un système de stockage d'énergie 5. Le système de pompe à chaleur 2 est connecté fluidiquement aux sondes géothermiques pour récupérer de l'énergie thermique du sol ou de l'air et fournir cette énergie à un ou plusieurs utilisateurs d'énergie thermique 7, tels que des bâtiments, piscines ou autres constructions. Le principe de récupération et de fourniture d'énergie par un système de pompe à chaleur est en soi bien connu et ne sera pas décrit en détail. Une ou plusieurs sondes de température peuvent être connectées à un contrôleur 35 du système de pompe à chaleur 2 pour contrôler les circuits de chauffage et de stockage, notamment les vannes de ses circuits, en fonction de la température extérieure et/ou intérieure et les paramètres définis par les utilisateurs. L'énergie thermique produite peut donc être soit stockée, soit utilisée directement en fonction des besoins et de la température environnante. Entre 30 et 50 % de l'énergie fournie par un système de pompe à chaleur conventionnel provient du réseau électrique, cette énergie étant nécessaire pour les pompes de circulation de fluide à travers l'échangeur de chaleur et dans les sondes géothermiques, et surtout pour le fonctionnement du compresseur de la pompe à chaleur. La régulation de l'énergie fournie à l'utilisateur par une pompe à chaleur conventionnelle est effectuée par l'enclenchement et le déclenchement du système, le temps d'enclenchement régulant la quantité d'énergie thermique fournie. Les moteurs électriques du compresseur et des pompes de circulation conventionnelles ont donc un système de régulation très simple de type commutateur pour l'enclenchement et le déclenchement des moteurs. Dans des systèmes conventionnels, les moteurs électriques sont connectés au réseau électrique urbain (en Europe courant alternatif 50 Hz et 230 Volts monophasé, 400 Volts triphasé). Dans les systèmes de pompe à chaleur conventionnels, les moteurs tournent à régime constant, non variable. Les systèmes de pompe à chaleur conventionnels ne comportent aucun système de stockage et cela n'aurait pas de sens puisqu'il n'y aurait aucun avantage à stocker de l'énergie dans un système de pompe à chaleur conventionnel.
La pompe à chaleur comprend un circuit de fluide traversant un échangeur de chaleur 8 et la sonde géothermique 6, le circuit comprenant une partie de circuit froid 10 et une partie de circuit chaud 12. La pompe à chaleur peut comprendre un seul circuit de fluide, ou deux circuits de fluide séparés par l'échangeur de chaleur.
Pour la circulation du fluide dans le ou les circuits, le système de pompe à chaleur comprend un, deux, ou plusieurs circulateurs 18a, 18b comprenant des pompes à fluide entraînées par des moteurs électriques 15'. Le compresseur 14 comprend également un moteur électrique 15, typiquement de plus grande puissance que les moteurs électriques des circulateurs.
Le circulateur et le compresseur du système selon l'invention sont avantageusement alimentés et commandés par des variateurs de fréquence 16, 16', ces variateurs de fréquence étant connectés aux sorties de tension à courant continu 24, 25 du convertisseur électronique 4. Le convertisseur électronique 4 a des entrées 23 en courant continu connectées aux panneaux solaires photovoltaïques 3 et a également des entrées 21 , 22 pour du courant alternatif du réseau urbain triphasé (400 Vac) et monophasé (230 Vac). Le convertisseur électronique 4 peut avantageusement également comprendre une sortie basse tension, telle qu'une sortie 24 Volts en courant continu pour l'alimentation de capteurs, de vannes, d'automates et de l'électronique. Une forme d'exécution avantageuse du circuit du convertisseur est illustré à la figure 2. Le convertisseur électronique 4 selon l'invention permet avantageusement de relier directement les panneaux solaires ainsi que le réseau électrique public aux moteurs électriques, en gérant l'apport des sources d'énergie électrique en fonction de l'ensoleillement, et aussi en permettant un contrôle des moteurs par les variateurs de fréquence, pour une utilisation optimale de l'énergie solaire dans une configuration très économique.
La configuration du convertisseur électronique peut dépendre de la puissance électrique des panneaux solaires photovoltaïques 3, comme illustré par les figures 1 a, 1 b et 1 c résumées ci-après à titre illustratif :
Figure 1a : Installation de petite puissance - Panneaux solaires photovoltaïques de moins de 3kW
Le convertisseur électronique AC-DC/DC 4, qui permet d'alimenter en courant continu le variateur de fréquence 16 par son entrée triphasé ou par un bus DC si disponible, a les caractéristiques suivantes :
■ Une entrée 21 , 22 triphasé 400VAC/230VAC connectée au réseau électrique public
■ Une entrée tension DC 23 de 150V DC à 250V DC connectée aux panneaux solaires photovoltaïques
■ Une sortie tension 24 de 550V DC à 800V DC connectée au variateur de fréquence 16 du compresseur 14 ■ Une sortie tension 25 de 350V DC à 450V DC connectée au variateur de fréquence 16' des circulateurs 18a, 18b
■ Une sortie tension 24V DC pour l'alimentation de vannes, automates, et de l'électronique
■ Une sortie analogique DC/DC 0-10V pour la mesure de la puissance réseau
■ Une sortie analogique 0-10V pour la mesure de la puissance solaire
■ Puissance triphasée 1 à 10kW
Le compresseur a un moteur électrique 15 triphasé et un variateur 16 triphasé 400V AC et les circulateurs 18a, 18b ont des moteurs électriques 15' monophasés 230V AC avec des variateurs de fréquence 16' monophasés ou triphasés 230V AC.
Figure 1b : Installation de moyenne puissance - Panneaux solaires photovoltaïques de 3 à 10kW
Le convertisseur électronique AC-DC/DC 4, qui permet d'alimenter en courant continu le variateur de fréquence 16 par son entrée triphasé ou par un bus DC si disponible, a les caractéristiques suivantes :
■ Une entrée 21 , 22 triphasé 400VAC/230VAC connectée au réseau électrique public
■ Une entrée tension DC 23 de 600V DC à 800V DC connectée aux panneaux solaires photovoltaïques
■ Une sortie tension 24 de 600V DC à 800V DC connectée au variateur de fréquence 16 du compresseur 14
■ Une sortie tension 25 de 350V DC à 450V DC connectée au variateur de fréquence 16' des circulateurs 18a, 18b
■ Une sortie tension 24V DC pour l'alimentation de vannes, automates, et de l'électronique
■ Une sortie analogique DC/DC 0-10V pour la mesure de la puissance réseau
■ Une sortie analogique 0-10V pour la mesure de la puissance solaire
■ Puissance triphasée 3 à 30kW Le compresseur a un moteur électrique 15 triphasé et un variateur 16 triphasé 400V AC et les circulateurs 18a, 18b ont des moteurs électriques 15' monophasés 230V AC avec des variateurs de fréquence 16' monophasés ou triphasés 230V AC. Figure 1c : Installation de grande puissance - Panneaux solaires photovoltaïques de 10kW à 100kW
Le convertisseur électronique AC-DC/DC 4, qui permet d'alimenter en courant continu le variateur de fréquence 16 par son entrée triphasé ou par un bus DC si disponible, a les caractéristiques suivantes :
■ Une entrée 21 , 22 triphasé 400VAC/230VAC connectée au réseau électrique public
■ Une entrée tension DC 23 de 600V DC à 800V DC connectée aux panneaux solaires photovoltaïques
■ Une sortie tension 24 de 600V DC à 800V DC connectée au variateur de fréquence 16 du compresseur 14 et au variateur de fréquence 16' des circulateurs 18a, 18b
■ Une sortie tension 24V DC pour l'alimentation de vannes, automates, et de l'électronique
■ Une sortie analogique DC/DC 0-10V pour la mesure de la puissance réseau ■ Une sortie analogique 0-10V pour la mesure de la puissance solaire
■ Puissance triphasée 10 à 300kW
Le compresseur a un moteur électrique 15 triphasé et un variateur 16 triphasé 400V AC et les circulateurs 18a, 18b ont des moteurs électriques 15' triphasés 400V AC avec des variateurs de fréquence 16' triphasés 400V AC.
Principe de fonctionnement
Le système de pompe à chaleur 2 intègre le convertisseur électronique AC-DC/DC 4 et un contrôleur ou commande électronique en combinaison avec un ou plusieurs variateurs de fréquence 16, 16' qui permettent de gérer la puissance de chauffe ou de rafraîchissement en fonction de l'énergie solaire photovoltaïque disponible et des besoins de l'utilisateur. Le convertisseur électronique AC-DC/DC 4 (voir figures 1 a-1 c et 2) est configuré pour opérer deux types de conversion, une conversion courant alternatif AC en courant continu DC qui redresse le réseau alternatif 400V AC et 230V AC en une tension continue de 540V DC et 310V DC et une conversion courant continu DC - courant continu DC qui est la transformation de la tension en courant continu DC des panneaux photovoltaïques 3 en une tension légèrement supérieure (par exemple de 5 à 30%, par exemple d'environ 15%) à la tension en courant continu DC des réseaux publics 400V AC / 230V AC après conversion.
Ces deux sources de courant sont connectées à une alimentation 34 du variateur de fréquence 16, 16' (voir figures 3a et 3b) et mises en parallèle via des diodes de protection D1 , D2 de l'alimentation et, de ce fait, on assure une isolation des deux sources de courant. Le point d'équilibre (tension identique des deux sources) doit être atteint quand on est au point de puissance maximale des panneaux solaires photovoltaïques. On tient compte aussi de la tolérance supérieure du réseau électrique public.
Si la puissance provenant des panneaux solaires photovoltaïques est insuffisante pour alimenter la pompe à chaleur, la tension va baisser en raison de l'impédance élevée des panneaux solaires photovoltaïques qui opèrent comme des sources de courant, et ensuite l'apport d'énergie électrique provient du réseau électrique en raison de son impédance plus faible. La transformation de l'apport de l'énergie électrique entre le réseau public et les panneaux solaires est donc opérée automatiquement en fonction de la puissance provenant des panneaux solaires. La tension DC du convertisseur électronique 4 ainsi obtenue est avantageusement utilisée directement pour l'alimentation du variateur de fréquence 16, 16' par son alimentation triphasé ou monophasé ou par son bus DC si disponible. Sur les variateurs de fréquence triphasés, on peut connecter à la sortie DC 24, 25 du convertisseur électronique 4 uniquement deux phases L1 , L2 (voir figures 2, 3a) de l'alimentation 34 du variateur de fréquence 16, 16'. Cette configuration selon l'invention permet avantageusement d'utiliser la capacité de filtrage, d'accumulation et de régulation du variateur de fréquence car celui-ci contient des condensateurs de forte capacité sous une tension DC élevée (> 540V DC), et le bobinage du moteur électrique 15, 15' peut être utilisé avantageusement comme self de lissage.
Le convertisseur électronique AC-DC/DC 4 de l'invention est donc de faible coût et très facile à réaliser même pour des puissances faibles de 1 -2 kilowatts car, avantageusement, il ne nécessite pas de self et de capacités de filtrage importantes puisque les variateurs de fréquence 16, 16' en sont déjà pourvus.
L'appoint de l'énergie solaire photovoltaïque arrive dans le moteur électrique avec peu de perte car on évite l'utilisation d'onduleurs triphasés pour traiter le signal DC des panneaux solaires dans le convertisseur.
Le régulateur du variateur de fréquence permet de contrôler et d'alimenter en tension/courant le moteur électrique 15 qui entraîne le compresseur 14 de la pompe à chaleur 2 en fonction des données envoyées par le contrôleur 36 de la pompe à chaleur.
Le contrôleur 36 de la pompe à chaleur va adapter la puissance de chauffe ou de refroidissement en fonction de l'énergie solaire électrique disponible et des besoins de l'utilisateur.
Si l'apport du soleil est trop important, il est possible d'emmagasiner l'énergie produite par la pompe à chaleur dans un ballon de stockage 30 dimensionné selon la puissance de la pompe à chaleur et la puissance des panneaux solaires photovoltaïques. Cette énergie pourra ensuite être utilisée plus tard dans la journée ou pendant la nuit, fonctionnant aussi bien en mode chauffage qu'en mode rafraîchissement. Selon un mode de fonctionnement avantageux de l'invention, en mode rafraîchissement la chaleur produite peut être envoyée dans les sondes géothermiques 6 pour stocker cette énergie dans le sol. On obtiendra un rendement annuel supérieur du système.
Selon l'invention, la régulation de la pompe à chaleur permet d'optimiser le facteur d'utilisation de l'énergie solaire, idéalement proche de 100%, sans avoir la nécessité d'injecter l'électricité solaire dans le réseau public.
Fonctionnement en hiver
En hiver, la pompe à chaleur géothermique peut chauffer des résidences ainsi que l'eau sanitaire, l'électricité nécessaire à son fonctionnement venant principalement du réseau public 230V monophasé ou 400V triphasé. Si l'ensoleillement le permet, un apport électrique des panneaux solaires photovoltaïques permet de réduire la consommation sur le réseau public.
Le régulateur de la pompe à chaleur calcule en temps réel la puissance disponible par les panneaux solaires photovoltaïques et adapte sa puissance de chauffe pour obtenir le meilleur ratio énergie réseau/ énergie solaire.
La pompe à chaleur selon l'invention peut avantageusement fonctionner en continu pendant la journée en évitant une fonction enclenchement / déclenchement (Start and Stop) des pompes à chaleur conventionnelles, ce qui permet l'obtention d'un bon rendement.
Si l'apport solaire est trop important, on peut chauffer un ballon de stockage complémentaire 30 qui permet d'emmagasiner cette énergie pour la restituer en fin de journée et profiter de l'électricité réseau de nuit qui est à plus bas tarif. S'il n'y a pas suffisamment de soleil, la pompe à chaleur peut puiser son électricité sur le réseau public. Fonctionnement au printemps
L'apport solaire photovoltaïque est plus important qu'en hiver et le besoin en énergie thermique moindre, et par conséquent la pompe à chaleur va pouvoir fonctionner pratiquement uniquement qu'avec l'énergie solaire.
Le surplus pendant la journée peut-être emmagasiné dans un ballon de stockage 30 et restitué pendant la nuit. Fonctionnement en été
L'apport solaire étant maximal et les besoins en chaleur étant réduits sauf pour l'eau chaude, la pompe à chaleur peut fonctionner en mode rafraîchissement en utilisant uniquement l'énergie solaire photovoltaïque. Le stockage du froid peut se faire dans un ballon de stockage d'eau qui sera utilisé selon la demande. La chaleur qui est générée peut avantageusement être envoyée dans les sondes géothermiques et on peut utiliser le sol pour stocker l'énergie thermique. Cette énergie stockée peut être utilisée notamment en automne, et même en hiver.
Fonctionnement en automne
Similaire à celui du printemps, mais le rendement sera supérieur car on peut récupérer une partie de l'énergie envoyée dans le sol en été.
Fonctionnement en stand-by
Quand la pompe à chaleur est arrêtée, l'électronique peut néanmoins être alimentée par les panneaux solaires photovoltaïques via convertisseur électronique AC-DC/DC pendant la journée même si le soleil n'est pas présent. Cela permet d'optimiser l'utilisation des panneaux solaires photovoltaïques.
Câblage variateur de fréquence avec moteur triphasé
Le variateur de fréquence est utilisé pour convertir la tension continue (DC) du convertisseur solaire photovoltaïque en une tension alternative triphasée utilisable directement par un moteur électrique triphasé avec un contrôle de la vitesse et du courant, comme illustré par les graphiques de figure 5a, 5b. Le moteur électrique entraîne le compresseur 14 de la pompe à chaleur ainsi que les pompes de circulation P1 , P2 pour le chauffage et des sondes géothermiques 6. Le variateur de fréquence 16, 16' contient des condensateurs de forte capacité qui permettent d'emmagasiner suffisamment d'énergie pour produire les pointes de courant nécessaires au moteur.
L'invention combine des panneaux solaires photovoltaïques avec un variateur de fréquence du marché, et permet d'utiliser le contrôleur 36 du variateur de fréquence 16 pour générer une tension alternative triphasé avec un contrôle de la vitesse et du courant du moteur électrique 15, 15'.
Faisant référence aux figuresm1 a-1 c et 4, le contrôleur 36 de la pompe à chaleur envoie la référence de vitesse au variateur de fréquence 16,16', 16" en fonction de plusieurs paramètres tel que :
■ Puissance de chauffe ou de refroidissement nécessaire
■ Puissance solaire disponible
■ Puissance consommée sur le réseau public
■ COP (coefficient de performance de la pompe à chaleur)
configurés pour produire le maximum d'énergie via la pompe à chaleur en utilisant au minimum l'énergie du réseau public mais au maximum l'énergie solaire.
Le raccordement sur le variateur de fréquence
L'alimentation 34 du variateur de fréquence 16, 16' se fait par ces bornes de raccordement normalement utilisées pour le raccordement sur les réseaux triphasés 400VAC/50Hz (Europe). Le convertisseur électronique 4 produit une tension continue, et par conséquent on utilise uniquement deux bornes L1 , L2 pour alimenter le variateur de fréquence (L1 = +V, L2 = -V). Faisant référence à la figure 3, le pont de six diodes D1 , D2 laisse passer le courant suivant le sens des flèches, donc on n'a pas de court-circuit. Ces diodes sont dimensionnées pour supporter des tensions inverses de 1000V DC, ce qui permet le fonctionnement du régulateur solaire avec une tension jusqu'à 800V DC.
Caractéristiques des panneaux solaires photovoltaïques
Faisant référence aux figures 6a et 6b, un panneau solaire photovoltaïque produit un courant en fonction de l'ensoleillement et cela d'une manière essentiellement proportionnelle. La puissance maximale en fonction de l'ensoleillement est pratiquement toujours disponible avec la même tension de sortie, la différence étant d'environ 10%. De plus, cette puissance reste essentiellement constante dans la même plage de tension, ce qui facilite la construction du convertisseur électronique 4 et sa conversion DC-DC.
Exemple panneaux solaire de 175W
Con vertisseur A C-DC/DC
Selon une forme d'exécution, le convertisseur utilise la technologie PWM en mode Push-pull à une fréquence moyenne de 100kHz pour la conversion DC/DC. Cette fréquence est un bon compromis car elle permet d'utiliser des composants électroniques standards. Le transformateur peut par exemple être de type Ferroxcube type ETD59 avec des pertes à une fréquence de 150Khz qui ne sont pas trop élevées. Le dimensionnement du transformateur est optimisé en fonction des caractéristiques tension/courant des panneaux solaires photovoltaïques, pour atteindre un cycle de service (en anglais « duty-cycle ») d'environ 49 % pour obtenir le maximum de puissance du transformateur. Une protection contre la surtension peut être prévue quand la tension DC du convertisseur dépasse les 800V DC, car les condensateurs des variateurs de fréquence triphasés 400VAC/50Hz du marché ont une tension maximale de fonctionnement à 800VDC. Pour une puissance supérieure à 2kW, le convertisseur électronique AC-DC/DC peut être configuré pour ne fournir que les conversions basses puissances pour alimenter les pompes de circulations ainsi que le contrôleur de la pompe à chaleur.
Le contrôleur de la pompe à chaleur Le contrôleur de la pompe à chaleur 36 peut être de type industriel courant tel que le Saia PCD1 m, ayant suffisamment d'entrées analogiques pour analyser au mieux les besoins, le rendement et la productivité d'énergie, tels que :
■ Mesure puissance électrique absorbée sur réseau public
■ Mesure puissance électrique produite par les panneaux solaires
■ Mesure puissance calorifique de la pompe à chaleur
■ Mesure température externe.
■ Mesure température interne de la maison
■ Mesure température ECS (Eau Chaude Sanitaire)
■ Mesure température de départ chauffage
■ Mesure température de retour chauffage
■ Mesure débit eau de chauffage
■ Mesure température de départ évaporateur
■ Mesure température de retour évaporateur
La combinaison avantageuse de panneaux solaires et d'un variateur de fréquence avec un convertisseur électronique pour relier les deux selon l'invention peut être utilisée dans d'autres applications que la pompe à chaleur, par exemple dans des systèmes de ventilation d'un bâtiment, ou pour des systèmes de production industrielle utilisant de l'énergie thermique. Avantageusement, l'invention permet, sans modification importante, de connecter des variateurs de fréquence disponibles sur le marché sur des panneaux solaires photovoltaïques sans la nécessite d'utiliser un onduleur triphasé. Les moteurs électriques triphasés ont un très bon rendement, il est donc très avantageux d'utiliser cette énergie solaire par l'entremise de variateurs de fréquence. Liste d'éléments référencés dans les figures
1 système de récupération d'énergie géothermique et solaire
2 pompe à chaleur
8 échangeur de chaleur
10 circuit froid
12 circuit chaud
14 compresseur
15 moteur électrique
16 variateur de fréquence
34 alimentation du variateur
18a, 18b circulateurs
15' moteur électrique
16' variateur de fréquence
34 alimentation du variateur
35 contrôleur
36 sonde de température externe
3 panneaux solaires photovoltaïques
23 sortie DC
4 convertisseur électronique AC-DC/DC
21 entrée réseau triphasé 400V AC
22 entrée réseau monophasé 230V AC
23 entrée connexion panneaux photovoltaïques150-250V DC
24 sortie DC - 550-800V DC
25 sortie DC - 300-500V DC
26 sortie DC - 24V DC
5 système de stockage d'énergie
28 vanne
30 ballon de stockage
32 circuit
6 sondes géothermiques
7 utilisateur d'énergie thermique

Claims

Revendications
1 . Système de récupération d'énergie renouvelable (1 ) comprenant au moins un moteur électrique (16, 16) pour un compresseur (14) ou une pompe de circulation de fluide (18a, 18b) d'un système de pompe à chaleur (2), un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques (3), et un convertisseur électronique (4) AC-DC/DC comprenant au moins une entrée (21 , 22) configurée pour être connectée à une source de courant alternatif AC, notamment un réseau électrique public alternatif, et au moins une entrée (23) en courant continu connectée audits un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques, caractérisé en ce que le système comprend en outre au moins un variateur de fréquence (16, 16') connecté à une sortie courant continu DC (24, 25) du convertisseur et audit au moins un moteur électrique, le variateur de fréquence configuré pour l'alimentation directe dudit au moins un moteur électrique sans onduleur réseau et pour le contrôle du moteur électrique.
2. Système de récupération d'énergie renouvelable (1 ) comprenant un système de pompe à chaleur (2) avec au moins un moteur électrique (16, 16') pour un compresseur (14) ou une pompe de circulation de fluide (18a, 18b), un ou plusieurs panneaux solaires photovoltaïques (3), et un convertisseur électronique (4) AC-DC/DC interconnecté entre les panneaux solaires et le système de pompe à chaleur, le convertisseur électronique AC-DC/DC comprenant au moins une entrée (21 , 22) configurée pour être connectée à une source de courant alternatif AC, notamment un réseau électrique public alternatif, caractérisé en ce que le convertisseur électronique (4) AC-DC/DC est interconnecté entre les panneaux solaires et le système de pompe à chaleur sans onduleur réseau, et en ce que le système comprend au moins un variateur de fréquence (16, 16') connecté à une sortie courant continu DC (24, 25) du convertisseur et audit au moins un moteur électrique pour l'alimentation directe et la commande dudit au moins un moteur électrique.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de pompe à chaleur comprend plusieurs moteurs électriques AC pour le compresseur et la ou les pompes de circulation de fluide (18a, 18b), chacun des moteurs électriques étant connecté directement à un variateur de fréquence (16, 16'), chaque variateur de fréquence étant connecté à une sortie de tension à courant continu (24, 25) du convertisseur électronique (4).
4. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que le compresseur a un moteur électrique triphasé et un variateur triphasé 400V AC et les circulateurs ont des moteurs électriques monophasés 230V AC avec des variateurs de fréquence monophasés ou triphasés 230V AC.
5. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que le compresseur et les circulateurs ont des moteurs électriques et des variateurs triphasés 400V.
6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il inclut un système de stockage d'énergie (5) comprenant un ballon de stockage (30) d'énergie thermique.
7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur électronique (4) AC-DC/DC comprend une sortie basse tension, telle qu'une sortie 24 Volts en courant continu, configurée pour l'alimentation de capteurs, de vannes, d'automates et de l'électronique.
8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur électronique AC-DC/DC est configuré pour opérer une conversion AC - DC qui redresse la tension du réseau public alternatif en une tension continue de valeur plus élevée que la tension du réseau, et une conversion DC - DC de la tension DC des panneaux photovoltaïques en une tension de valeur supérieure à la tension en courant continu DC du réseau public après conversion, ces deux conversions fournissant deux sources de courant.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur électronique AC-DC/DC est configuré pour opérer une conversion AC - DC qui redresse la tension du réseau public alternatif en une tension continue de 540V DC et 310V DC et une conversion DC - DC de la tension en courant continu DC des panneaux photovoltaïques (3) en une tension supérieure de 5 à 30% à la tension en courant continu DC des réseaux publics 400V AC / 230V AC après conversion
10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les deux sources de courant sont connectées à une alimentation (34) du variateur de fréquence et mises en parallèle via des diodes de protection D1 , D2 de l'alimentation.
1 1 . Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur électronique (4) AC-DC/DC utilise la technologie PWM en mode Push-pull à une fréquence moyenne de 100kHz pour la conversion DC/DC.
12. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur électronique (4) AC-DC/DC comprend un transformateur configuré en fonction des caractéristiques tension/courant des panneaux solaires photovoltaïques pour atteindre un cycle de service d'environ 49 %.
13. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur électronique (4) AC-DC/DC comprend une protection contre la surtension quand la tension DC du convertisseur dépasse les 800V DC.
14. Système selon la revendication 1 , 2, 3 ou 4 pour panneaux solaires photovoltaïques de moins de 3kW, caractérisé en ce que le convertisseur électronique AC-DC/DC comprend :
■ une entrée (21 , 22) triphasé 400VAC/230VAC connectée au réseau électrique public
■ une entrée tension DC (23) de 150V DC à 250V DC connectée aux panneaux solaires photovoltaïques
■ une sortie tension (24) de 550V DC à 800V DC connectée au variateur de fréquence (16) du compresseur (14)
■ une sortie tension (25) de 350V DC à 450V DC connectée au variateur de fréquence (16') des circulateurs (18a, 18b)
■ une sortie tension 24V DC pour l'alimentation de vannes, automates, et de l'électronique
■ une sortie analogique DC/DC 0-10V pour la mesure de la puissance réseau
■ une sortie analogique 0-10V pour la mesure de la puissance solaire
15. Système selon la revendication 1 , 2, 3 ou 4 pour panneaux solaires photovoltaïques de 3 à 10 kW, caractérisé en ce que le convertisseur électronique AC-DC/DC comprend :
■ une entrée (21 , 22) triphasé 400VAC/230VAC connectée au réseau électrique public
■ une entrée tension DC (23) de 600V DC à 800V DC connectée aux panneaux solaires photovoltaïques
■ une sortie tension (24) de 600V DC à 800V DC connectée au variateur de fréquence (16) du compresseur (14)
■ une sortie tension (25) de 350V DC à 450V DC connectée au variateur de fréquence (16') des circulateurs (18a, 18b) ■ une sortie tension 24V DC pour l'alimentation de vannes, automates, et de l'électronique
■ une sortie analogique DC/DC 0-10V pour la mesure de la puissance réseau
■ une sortie analogique 0-10V pour la mesure de la puissance solaire
16. Système selon la revendication 1 , 2, 3 ou 5 pour panneaux solaires photovoltaïques de plus de 10 kW, caractérisé en ce que le convertisseur électronique AC-DC/DC comprend :
■ une entrée (21 , 22) triphasé 400VAC/230VAC connectée au réseau électrique public
■ une entrée tension DC (23) de 600V DC à 800V DC connectée aux panneaux solaires photovoltaïques
■ une sortie tension (24) de 600V DC à 800V DC connectée au variateur de fréquence (16) du compresseur (14) et au variateur de fréquence (16') des circulateurs (18a, 18b)
■ une sortie tension 24V DC pour l'alimentation de vannes, automates, et de l'électronique
■ une sortie analogique DC/DC 0-10V pour la mesure de la puissance réseau
■ une sortie analogique 0-10V pour la mesure de la puissance solaire
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