EP4284157A1 - Systeme de récupération et de conversion de l'énergie solaire pour une serre, serre et procédé de commande du systeme associé - Google Patents

Systeme de récupération et de conversion de l'énergie solaire pour une serre, serre et procédé de commande du systeme associé

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EP4284157A1
EP4284157A1 EP22705436.8A EP22705436A EP4284157A1 EP 4284157 A1 EP4284157 A1 EP 4284157A1 EP 22705436 A EP22705436 A EP 22705436A EP 4284157 A1 EP4284157 A1 EP 4284157A1
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EP
European Patent Office
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greenhouse
solar energy
solar
panels
energy recovery
Prior art date
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Application number
EP22705436.8A
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German (de)
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Inventor
Stéphane GIBOUT
Cédric ARRABIE
Didier HAILLOT
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Ecole De Technologie Superieure Ets
Universite de Pau et des Pays de lAdour
Original Assignee
Ecole De Technologie Superieure Ets
Universite de Pau et des Pays de lAdour
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Filing date
Publication date
Application filed by Ecole De Technologie Superieure Ets, Universite de Pau et des Pays de lAdour filed Critical Ecole De Technologie Superieure Ets
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
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    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/12—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries using renewable energies, e.g. solar water pumping

Definitions

  • the present invention relates to a solar energy recovery and conversion system for a greenhouse allowing the production of plants and
  • the greenhouse has a framework, or support structure,
  • the transparent roof can be made by means of transparent walls, for example made of polyethylene or polycarbonate or glass.
  • greenhouses can be energy-consuming, for example to cool the greenhouse when the sun is too strong, or to heat the greenhouse.
  • the present invention aims to remedy the problems mentioned above by proposing a solution for recovering the solar energy received by the greenhouse which is more efficient and more economical than the existing solutions.
  • the invention proposes a greenhouse for the cultivation of plants comprising a framework which supports a transparent roof, the greenhouse comprising a cultivation zone located under the roof and a system for recovering and converting solar energy, characterized in that the solar energy recovery and conversion system includes:
  • each reflective panel being pivotally mounted around a longitudinal pivot axis so as to be able to occupy at least one hidden position parallel to the cultivation area, and several inclined positions;
  • At least one solar energy recovery device which is arranged between the roof and the set of reflective panels, so as to recover the solar energy reflected by the reflective panels;
  • control unit which is configured to control the drive device according to the following operating modes: i) a first operating mode in which at least one group of reflective panels is controlled in an inclined position of erasing according to a direction substantially parallel to the sun's rays, the drive device varying the inclination of the reflective panels of the group according to the course of the sun, so as to maximize the quantity of sun's rays reaching the cultivation area, ii) a second mode of operation in which each reflective panel of the group of reflective panels is individually controlled in a tilted concentration position aimed at concentrating the solar rays which are reflected towards the solar energy harvesting device; ill) a third mode of operation in which the reflective panels of the group of reflective panels are all controlled in a concealment position parallel to the cultivation area.
  • the invention makes it possible to fulfill several objectives simultaneously since it allows both better thermal regulation inside the greenhouse, the production of electrical and/or thermal energy as well as its possible storage. The invention therefore makes it possible to envisage the construction of self-sufficient greenhouses from the energy point of view
  • the solar energy recovery device comprises at least one photovoltaic panel for converting solar radiation into electrical energy
  • the solar energy recovery device comprises at least one thermal solar collector making it possible to convert solar radiation into thermal energy via a heat transfer fluid
  • the solar energy recovery device comprises a storage device which makes it possible to store the electrical energy or the thermal energy produced by the photovoltaic panel or by the solar thermal collector after conversion of solar radiation;
  • the greenhouse includes a thermal regulation device which uses the electrical or thermal energy produced by the solar energy recovery device in order to regulate the temperature inside the greenhouse;
  • the roof comprises at least two sections which meet in a longitudinal ridge, a southern section being intended to be oriented generally towards the south, a northern section being intended to be oriented generally towards the north, and the device for recovering the solar energy extends longitudinally under the north pan;
  • the solar energy recovery device is arranged near the lower part of the northern side
  • each photovoltaic panel comprises a cooling device arranged against its rear face, on the side opposite the reflective panels, this cooling device comprising an enclosure allowing a cooling fluid to flow directly into contact with said rear face.
  • the present invention also proposes a method for controlling a solar energy recovery and conversion system equipping a greenhouse according to one of the preceding characteristics, characterized in that it comprises the following modes of operation: i) a first mode of operation in which at least one group of reflective panels is controlled in an inclined obliteration position in a direction substantially parallel to the sun's rays, the drive device varying the inclination of the reflective panels according to the course of the sun, so as to concentrate the sun's rays towards the cultivation area, ii) a second mode of operation in which each panel reflector of the group of reflective panels is individually controlled in a tilted position of concentration to direct at least a portion of the solar rays which are reflected towards the solar energy harvesting device; ill) a third mode of operation in which the reflective panels of the group of reflective panels are all controlled in an occultation position parallel to the cultivation area, and in that it comprises the following steps: a) determination of the needs of the plants placed in the cultivation area using solar energy; b) selection of
  • the following steps are implemented: c) determination of the thermal energy and electrical energy requirements of the greenhouse; d) inclination of each reflective panel according to an orientation which makes it possible to distribute the solar rays reflected towards the solar energy recovery device according to the needs determined in step c), the solar energy recovery device comprising a solar thermal collector and a photovoltaic panel.
  • a step of cooling the panels photovoltaic panels is implemented during which a cooling fluid is circulated on the rear face of the photovoltaic panels, in direct contact with said rear face.
  • the present invention also provides a method for controlling a solar energy recovery and conversion system associated with the greenhouse described above, the method comprising receiving a climate indicator according to the geographical location of the greenhouse ; receiving a desirable crop condition indicator depending on the type of planting to be grown in a growing area of the greenhouse; and controlling the inclination of at least one group of reflective panels of the greenhouse according to the climate indicator and according to the desirable crop condition indicator so as to either:
  • - form a blackout wall to regulate the temperature of the growing area either by preventing thermal radiation from the growing area from escaping to the roof, or by preventing at least part of the sun's rays from reaching the growing area .
  • FIG. 1 is a perspective view which schematically shows a greenhouse equipped with reflective panels in accordance with the teachings of the invention
  • - Figure 2 is a front view showing the greenhouse of Figure 1 when the reflective panels occupy a concealed position
  • - Figure 3 is a view similar to that of Figure 2 which shows the greenhouse of Figure 1 in a first mode of operation, when the reflective panels are controlled in an inclined position of erasure;
  • FIG. 4 is a view similar to that of Figure 2 which shows the greenhouse of Figure 1 in a first variant of a second mode of operation, when the reflective panels are controlled in a first inclined concentration position;
  • FIG. 5 is a view similar to that of Figure 2 which shows the greenhouse of Figure 1 in a second variant of the second mode of operation, when the reflective panels are controlled in a second inclined concentration position;
  • FIG. 6 is a view similar to that of Figure 2 which shows the greenhouse of Figure 1 in a third variant of the second mode of operation, when the reflecting panels are controlled so as to distribute the solar rays in several directions;
  • FIG. 7 is a block diagram which represents a method for controlling the solar energy recovery and conversion system fitted to the greenhouse of Figure 1;
  • figure 8 is a block diagram which represents a method of control of the system of recovery and conversion of solar energy associated with the greenhouse of figure 1;
  • FIG. 9 is a schematic view of a detail of Figure 4 which illustrates a cooling device arranged against photovoltaic panels equipping the greenhouse of Figure 4.
  • FIG. 1 illustrates a greenhouse 10 for growing plants.
  • the greenhouse 10 comprises a frame 12 which supports a transparent roof 14 and a cultivation area 16 located under the roof 14.
  • the term "transparent" for the roof 14 should not be interpreted here in a restrictive manner.
  • the roof 14 can for example be completely transparent or partly transparent.
  • Cultivation area 16 here extends over most of the ground surface of greenhouse 10. Cultivation area 16 is intended for the production of plants. According to the embodiment shown, the greenhouse 10 is of the Gothic arch type.
  • the frame 12 here comprises a series of arches 18 which are aligned along a longitudinal direction A1 to form a vault.
  • Each arch 18 comprises two main pillars 20, 22 and two arcs 24, 26 which meet in the highest part of the roof 14 to form the ridge 28.
  • the roof 14 therefore comprises two inclined sides, on either side from the ridge 28.
  • the invention also applies to other greenhouse models, for example a greenhouse 10 comprising an inclined face and/or interior pillars.
  • a longitudinal orientation in the longitudinal direction A1 and a transverse orientation T1 with respect to the longitudinal direction A1 will be used without limitation.
  • the greenhouse 10 is oriented with respect to the cardinal points so that a first side of the roof 14, called south side 30, is oriented generally towards the south S and a second side of the roof 14, called north side 32, facing north.
  • the greenhouse 10 includes a solar energy recovery and conversion system 34 which is made in accordance with the teachings of the invention.
  • the solar energy recovery and conversion system 34 comprises a set of reflective panels 36 which are arranged under the roof 14, above the cultivation area 16.
  • the reflective panels 36 are mounted on a support structure 38, generally flat and horizontal, arranged at the junction between the arches 24, 26 and the pillars 20, 22.
  • the support structure 38 comprises, for example, transverse beams 40.
  • Each reflective panel 36 here has a generally rectangular shape and extends in a longitudinal plane.
  • Each reflective panel 36 is pivotally mounted, relative to the support structure 38, around a longitudinal pivot axis A2.
  • blackout cover is understood here to mean a configuration in which the reflective panels 36 occupy the position in which they block the passage of radiation RS as much as possible. The resulting concealment may be total or partial.
  • a drive device 42 using for example an electric motor is connected to each reflective panel 36.
  • This drive device 42 is provided to individually control the pivoting of each reflective panel 36 so as to orient it according to an angular position determined by relative to solar radiation RS.
  • This drive device 42 makes it possible to adjust the position of the reflective panels 36 individually or in batches.
  • the reflective panels 36 have a reflective coating on each of their faces.
  • the solar energy harvesting and conversion system 34 also includes a solar energy harvesting device 44 which is arranged between the roof 14 and the set of reflective panels 36.
  • the solar energy recovery device 44 comprises a series of photovoltaic panels 46 for converting solar radiation RS into electrical energy.
  • These photovoltaic panels 46 are preferably arranged under the north face 32 of the roof 14, in the lower part of the north face 32. They are for example mounted on the frame 12 so as to follow the slope of the north face 32 and so as to face the set of reflective panels 36.
  • These photovoltaic panels 46 are provided to recover the rays reflected by the reflective panels 36 so that the reception surface of each photovoltaic panel 46 is turned towards the set of reflective panels 36.
  • This geometry makes it possible to obtain a solar concentration making it possible to increase the density of radiative flux received ( flux) and reduce the capture surface (thermal and/or photovoltaic) while maintaining the same production.
  • the photovoltaic panels 46 are here aligned longitudinally and here extend over the entire length of the roof 14.
  • the solar energy recovery device 44 can comprise a single photovoltaic panel 46.
  • the solar energy recovery device 44 also comprises a series of thermal solar collectors 48 which make it possible to convert the solar radiation RS into thermal energy via a heat transfer fluid.
  • the thermal solar collectors 48 here have the form of panels and are mounted parallel to the photovoltaic panels 46, over the entire length of the roof 14. They are here mounted on the frame 12, just above the photovoltaic panels 46, so as to that the receiving surface of each thermal solar collector 48 is turned towards the set of reflective panels 36 to recover the solar rays reflected by the reflective panels 36.
  • the solar energy recovery device 44 may comprise a single thermal solar collector 48.
  • the solar energy harvesting and conversion system 34 also includes a control unit 50 which is configured to control the drive device 42 according to several modes of operation.
  • the reflective panels 36 are controlled in an inclined position erasing P1 in a direction D1 substantially parallel to the sun's rays.
  • the control unit 50 regularly determines, depending on the course of the sun, the angle of inclination of the solar rays with respect to the ground, or to the cultivation area 16, and adjusts the angular position of the panels. reflective 36 so that these reflective panels 36 are generally parallel to the sun's rays.
  • This first operating mode M1 aims to maximize the quantity of solar radiation RS reaching the cultivation area 16.
  • each reflecting panel 36 is controlled in an inclined position of concentration P2 aimed at maximizing the quantity of solar rays which are reflected towards the device for recovering the solar energy 44.
  • the control unit 50 orients the reflective panels 36 in a first inclined concentration position P2a which makes it possible to concentrate the solar rays reflected on the panels photovoltaic panels 46.
  • the control unit 50 regularly determines the angle of inclination of the solar rays with respect to the ground, and adjusts the angular position of each reflecting panel 36 so that the solar rays which are reflected on its upper reflection face 52 are deflected towards the receiving surface of the nearest photovoltaic panel 46, that is to say the one which is transversely opposite.
  • each reflective panel 36 with respect to the horizontal varies progressively according to the distance separating each reflective panel 36 from the photovoltaic panel 46 furthest. close, or the transverse distance separating the reflective panel 36 from a side longitudinal wall of the greenhouse 10.
  • the set of reflecting panels 36 functions here as a solar energy concentrator which makes it possible to maximize the solar energy received by the photovoltaic panels 46, which makes it possible to maximize the quantity of electrical energy produced by the solar energy harvesting device 44.
  • control unit 50 orients the reflective panels 36 in a second inclined position of concentration P2b which makes it possible to concentrate the solar rays reflected on the sensors solar thermal 48.
  • This second variant M2b is therefore similar to that of the first variant M2a with the difference that the concentration of the reflected solar rays is directed towards the thermal solar collectors 48 instead of the photovoltaic panels 46.
  • the control unit 50 distributes the reflected solar rays both towards the photovoltaic panels 46 and towards the solar thermal collectors 48.
  • This third variant M2c makes it possible in particular to regulate the quantity of solar energy converted into electrical energy and the quantity of solar energy converted into thermal energy.
  • This third variant M2c also allows part of the light rays to pass towards the cultivation zone 16 so as to contribute both to the production of plants and to the production of electrical and thermal energy.
  • the reflective panels 36 are all controlled in their occultation position PO by the control unit 50.
  • This occultation position PO makes it possible in particular to retain the heat in the greenhouse 10 at the level of the cultivation area 16, by preventing thermal radiation from escaping towards the roof 14.
  • This occultation position PO also makes it possible to regulate the temperature inside the greenhouse 10 by minimizing the increase in temperature at the culture zone 16 when the solar energy is too strong.
  • the solar energy recovery device 44 comprises a storage device 54 which makes it possible to store the electrical energy and the thermal energy produced by the photovoltaic panels. 46 and by the thermal solar collectors 48 after conversion of the solar radiation RS.
  • This storage device 54 comprises, for example, electric batteries making it possible to store the electrical energy and thermal batteries making it possible to store the thermal energy, for example in the form of a hot or cold fluid.
  • the greenhouse 10 comprises a thermal regulation device 56 which uses the electrical energy and/or the thermal energy produced by the solar energy recovery device 44 in order to regulate the temperature inside the greenhouse.
  • the thermal regulation device 56 comprises, for example, radiators making it possible to maintain the temperature in the greenhouse 10 at a level sufficient for the comfort of the plants grown in the cultivation zone 16, in particular during the night.
  • the greenhouse 10 is equipped with measuring means 58 which make it possible to determine in particular the temperature inside the greenhouse 10 which allows the control unit 50 to control the thermal regulation device 56 in an appropriate manner.
  • the control method comprises a first step a) of determining the needs of the plants placed in the solar energy cultivation zone.
  • the control unit 50 uses in particular the measuring means 58 to evaluate the conditions of temperature, hygrometry, sunshine for the plants grown in the cultivation area.
  • the mode of operation best suited to the needs of the plants is selected by the control unit 50 and implemented.
  • control unit 50 can decide to inject thermal energy or electrical energy into a district heating network or into the electrical network of the place where the greenhouse 10 is located.
  • the method 80 includes receiving a climate indicator 82 according to the geographical location of the greenhouse 10 and the reception of a desirable cultivation condition indicator 84 according to the type of plantation to be cultivated in the cultivation area of the greenhouse.
  • the climate indicator can be a climatic zone, an altitude, a temperature, a humidity, a season, or any other type of climate indicator making it possible to characterize the climatic environment where the greenhouse is located, individually or in combination.
  • the desirable cultivation condition indicator is chosen according to the type of plant to be cultivated and can be a desired temperature, a number of units of heat required, a level of light required, a number of hours of sunshine required, any other type of condition necessary for the proper growth of the plants to be grown, any range thereof or any combination thereof.
  • the climate indicator and the desirable crop condition indicator may come from a database, an input of data provided by an operator or transmitted by any other system.
  • the method 80 also includes the control 86 of the inclination of at least one group of reflective panels 36 of the greenhouse 10 according to the climate indicator and according to the desirable crop condition indicator so as to direct 88 at least a portion of the solar rays RS towards the cultivation area 16, as shown in Figure 3; direct 90 at least a portion of the solar rays towards the solar energy harvesting device 44 of the greenhouse 10, as shown in Figure 5; forming an occulting wall 92 to regulate the temperature of the cultivation area 16 either by preventing thermal radiation from the cultivation area 16 from escaping towards the roof 14, or by preventing at least a part of the solar rays RS from reaching cultivation area 16, as shown in Figure 2; or any combination thereof. It will be understood that the formation of a screening wall can be completely screening or partially screening.
  • the photovoltaic panels 46 can be equipped with a cooling device 94 by spraying or trickling, which makes it possible to increase the performance of the photovoltaic panels 46 and to avoid overheated.
  • a cooling device 94 by spraying or trickling, which makes it possible to increase the performance of the photovoltaic panels 46 and to avoid overheated.
  • Figure 9 there is shown a detail view of the roof 14 of the greenhouse 10, where the photovoltaic panels 46 are installed.
  • the photovoltaic panels 46 are here arranged against the roof 14 but they could be positioned differently.
  • the cooling device 94 here comprises an enclosure 96 which is arranged against the rear face 98 of the photovoltaic panels 46 and which makes it possible to circulate a cooling liquid, for example water, capable of cooling the active part of the photovoltaic panels 46 .
  • a cooling liquid for example water
  • the cooling device 94 comprises, in its upper part, a supply pipe 100 provided with nozzles 102 which produce a flow flow F1 of the cooling fluid directly against the rear face 98 of the photovoltaic panels 46
  • the inclination of the photovoltaic panels 46 allows a flow by gravity towards the lower part of the cooling device 94 which comprises a collector 102 capable of collecting the cooling fluid.
  • the cooling fluid can also be projected against the rear face 98 using a spray system (not shown) in order to improve the performance of the cooling device 94.
  • a spray system not shown
  • the cooling device 94 can be connected to a complete cooling circuit and the thermal energy collected by the cooling fluid can be reused by appropriate means.
  • the cooling device 94 is particularly effective because it allows direct contact between the cooling fluid and the rear face 98 of the photovoltaic panels 46. Unlike solutions using cooling channels arranged on the rear face 98, there is very little stresses related to the expansion of the materials constituting the photovoltaic panels 46 and the cooling device 94.
  • the method for controlling the solar energy recovery and conversion system 34 fitted to the greenhouse 10 advantageously comprises a step of cooling the photovoltaic panels 46 which is implemented with the second mode of operation M2, when the photovoltaic panels 46 receive solar rays RS reflected by the reflective panels 36.
  • the term “greenhouse” must be interpreted sufficiently broadly to apply to any type of building in which the control method according to the invention can be used.
  • This building may in particular have a glazed portion and an unglazed portion.
  • A2 longitudinal pivot axis
  • M2c third variant of the second operating mode PO: muted position
  • P2b second inclined position of concentration RS: solar radiation or solar rays

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Abstract

La présente invention a pour objet un système de récupération et de conversion de l'énergie solaire (34) pour une serre (10) pour la culture de végétaux, la serre (10) comportant une zone de culture (16), caractérisé en ce que le système de récupération et de conversion de l'énergie solaire (34) comporte : - un ensemble de panneaux réfléchissants (36); - un dispositif d'entraînement (42) qui est prévu pour provoquer le pivotement des panneaux réfléchissants (36) autour de leur axe de pivotement longitudinal (A2); - au moins un dispositif de récupération de l'énergie solaire (44) qui est agencé entre la toiture (14) et l'ensemble de panneaux réfléchissants (36), de manière à récupérer l'énergie solaire réfléchie par les panneaux réfléchissants (36); - une unité de commande (50) qui est configurée pour commander le dispositif d'entraînement (42) selon différents modes de fonctionnement. L'invention propose aussi un procédé de commande du système de récupération et de conversion de l'énergie solaire (34).

Description

5 DESCRIPTION
TITRE :
SYSTEME DE RÉCUPÉRATION ET DE CONVERSION DE L'ÉNERGIE SOLAIRE POUR UNE SERRE, SERRE ET PROCÉDÉ DE COMMANDE DU SYSTEME ASSOCIÉ
10
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire pour une serre permettant la production de végétaux et
15 une méthode de contrôle du système.
Arrière-plan technique
Une majorité des serres existantes possède une forme de type tunnel ou arche gothique. La serre comporte une charpente, ou structure de support,
20 par exemple réalisée au moyen de tiges métalliques, qui supporte une toiture transparente. La toiture transparente peut être réalisée au moyen de parois transparentes, par exemple en polyéthylène ou en polycarbonate ou en verre.
Un inconvénient des serres existantes est qu’elles ne permettent pas une
25 régulation thermique optimale. Suivant l’ensoleillement, il peut être difficile de maintenir la température à l’intérieur de la serre à un niveau adapté à la production des végétaux.
De plus, les serres peuvent être consommatrices d’énergie, par exemple pour refroidir la serre lorsque le soleil est trop fort, ou pour réchauffer la serre
30 lorsque les nuits sont trop froides.
La présente invention vise à remédier aux problèmes mentionnés ci-dessus en proposant une solution de récupération de l’énergie solaire reçue par la serre qui soit plus efficace et plus économique que les solutions existantes.
35 Résumé de l’invention L’invention propose une serre pour la culture de végétaux comportant une charpente qui supporte une toiture transparente, la serre comportant une zone de culture située sous la toiture et un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire, caractérisée en ce que le système de récupération et de conversion de l’énergie solaire comporte :
- un ensemble de panneaux réfléchissants agencés sous la toiture et au- dessus de la zone de culture de manière à pouvoir couvrir tout ou partie de la zone de culture, chaque panneau réfléchissant étant monté pivotant autour d’un axe de pivotement longitudinal de manière à pouvoir occuper au moins une position d’occultation parallèle à la zone de culture, et plusieurs positions inclinées;
- un dispositif d’entraînement qui est prévu pour provoquer le pivotement des panneaux réfléchissants autour de leur axe de pivotement longitudinal ;
- au moins un dispositif de récupération de l’énergie solaire qui est agencé entre la toiture et l’ensemble de panneaux réfléchissants, de manière à récupérer l’énergie solaire réfléchie par les panneaux réfléchissants ;
- une unité de commande qui est configurée pour commander le dispositif d’entraînement selon les modes de fonctionnement suivants : i) un premier mode de fonctionnement dans lequel au moins un groupe de panneaux réfléchissants est commandé dans une position inclinée d’effacement selon une direction sensiblement parallèle aux rayons solaires, le dispositif d’entraînement faisant varier l’inclinaison des panneaux réfléchissants du groupe en fonction de la course du soleil, de manière à maximiser la quantité de rayons solaires atteignant la zone de culture, ii) un deuxième mode de fonctionnement dans lequel chaque panneau réfléchissant du groupe de panneaux réfléchissants est commandé individuellement dans une position inclinée de concentration visant à concentrer les rayons solaires qui sont réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire ; ill) un troisième mode de fonctionnement dans lequel les panneaux réfléchissants du groupe de panneaux réfléchissants sont tous commandés dans une position d’occultation parallèle à la zone de culture. L’invention permet de remplir plusieurs objectifs simultanément puisqu’elle permet à la fois une meilleure régulation thermique à l’intérieur de la serre, la production d’énergie électrique et/ou thermique ainsi que son stockage éventuel. L’invention permet donc d’envisager la construction de serres autosuffisantes du point de vue énergétique.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
- le dispositif de récupération de l’énergie solaire comporte au moins un panneau photovoltaïque permettant de convertir le rayonnement solaire en énergie électrique ;
- le dispositif de récupération de l’énergie solaire comporte au moins un capteur solaire thermique permettant de convertir le rayonnement solaire en énergie thermique via un fluide caloporteur ;
- le dispositif de récupération de l’énergie solaire comporte un dispositif de stockage qui permet de stocker l’énergie électrique ou l’énergie thermique produite par le panneau photovoltaïque ou par le capteur solaire thermique après conversion du rayonnement solaire ;
- la serre comporte un dispositif de régulation thermique qui utilise l’énergie électrique ou thermique produite par le dispositif de récupération de l’énergie solaire en vue de réguler la température à l’intérieur de la serre ;
- la toiture comporte au moins deux pans qui se rejoignent en un faîte longitudinal, un pan sud étant prévu pour être orienté globalement vers le sud, un pan nord étant prévu pour être orienté globalement vers le nord, et le dispositif de récupération de l’énergie solaire s’étend longitudinalement sous le pan nord ;
- le dispositif de récupération de l’énergie solaire est agencé à proximité de la partie basse du pan nord,
- chaque panneau photovoltaïque comporte un dispositif de refroidissement agencé contre sa face arrière, du côté opposé aux panneaux réfléchissants, ce dispositif de refroidissement comportant une enceinte permettant de faire s’écouler un fluide de refroidissement directement en contact avec ladite face arrière.
La présente invention propose aussi un procédé de commande d’un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire équipant une serre selon l’une des caractéristiques précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte les modes de fonctionnement suivants : i) un premier mode de fonctionnement dans lequel au moins un groupe de panneaux réfléchissants est commandé dans une position inclinée d’effacement selon une direction sensiblement parallèle aux rayons solaires, le dispositif d’entraînement faisant varier l’inclinaison des panneaux réfléchissants en fonction de la course du soleil, de manière à concentrer les rayons solaires vers la zone de culture, ii) un second mode de fonctionnement dans lequel chaque panneau réfléchissant du groupe de panneaux réfléchissants est commandé individuellement dans une position inclinée de concentration visant à diriger au moins une portion des rayons solaires qui sont réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire ; ill) un troisième mode de fonctionnement dans lequel les panneaux réfléchissants du groupe de panneaux réfléchissants sont tous commandés dans une position d’occultation parallèle à la zone de culture, et en ce qu’il comporte les étapes suivantes : a) détermination des besoins des végétaux placés dans la zone de culture en énergie solaire ; b) sélection de l’un des modes de fonctionnement en fonction des besoins déterminés à l’étape a).
Selon une caractéristique avantageuse du procédé, lorsque le second mode de fonctionnement est sélectionné, les étapes suivantes sont mises en œuvre : c) détermination des besoins de la serre en énergie thermique et en énergie électrique ; d) inclinaison de chaque panneau réfléchissant selon une orientation qui permet de répartir les rayons solaires réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire en fonction des besoins déterminés à l’étape c), le dispositif de récupération de l’énergie solaire comportant un capteur solaire thermique et un panneau photovoltaïque.
Selon une autre caractéristique avantageuse, lorsque le second mode de fonctionnement est sélectionné, une étape de refroidissement des panneaux photovoltaïques est mise en œuvre au cours de laquelle on fait circuler un fluide de refroidissement sur la face arrière des panneaux photovoltaïques, en contact direct avec ladite face arrière.
La présente invention propose aussi une méthode de contrôle d’un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire associé à la serre décrite plus haut, la méthode comprenant la réception d’un indicateur de climat selon l’emplacement géographique de la serre; la réception d’un indicateur de condition de culture désirable selon le type de plantation à cultiver dans une zone de culture de la serre; et le contrôle de l’inclinaison d’au moins un groupe de panneaux réfléchissants de la serre selon l’indicateur de climat et selon l’indicateur de condition de culture désirable de façon à soit :
- diriger au moins une portion des rayons solaires vers la zone de culture;
- diriger au moins une portion des rayons solaires vers un dispositif de récupération de l’énergie solaire de la serre; ou
- former une paroi occultante pour régulariser la température de la zone de culture soit en empêchant un rayonnement thermique de la zone de culture de s’échapper vers la toiture, ou en empêchant au moins une partie des rayons solaires d’atteindre la zone de culture.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective qui représente schématiquement une serre équipée de panneaux réfléchissants conformément aux enseignements de l’invention ;
- la figure 2 est une vue de face qui représente la serre de la figure 1 lorsque les panneaux réfléchissants occupent une position d’occultation ; - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente la serre de la figure 1 dans un premier mode de fonctionnement, lorsque les panneaux réfléchissants sont commandés dans une position inclinée d’effacement ;
- la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente la serre de la figure 1 dans une première variante d’un second mode de fonctionnement, lorsque les panneaux réfléchissants sont commandés dans une première position inclinée de concentration ;
- la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente la serre de la figure 1 dans une deuxième variante du second mode de fonctionnement, lorsque les panneaux réfléchissants sont commandés dans une seconde position inclinée de concentration;
- la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente la serre de la figure 1 dans une troisième variante du second mode de fonctionnement, lorsque les panneaux réfléchissants sont commandés de manière à répartir les rayons solaires dans plusieurs directions ;
- la figure 7 est un schéma-bloc qui représente un procédé de commande du système de récupération et de conversion de l’énergie solaire équipant la serre de la figure 1 ;
- la figure 8 est un schéma-bloc qui représente une méthode de contrôle du système de récupération et de conversion de l’énergie solaire associé à la serre de la figure 1 ;
- la figure 9 est une vue schématique d’un détail de la figure 4 qui illustre un dispositif de refroidissement agencé contre des panneaux photovoltaïques équipant la serre de la figure 4.
Description détaillée de l'invention
Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence.
La figure 1 illustre une serre 10 pour la culture de végétaux. La serre 10 comporte une charpente 12 qui supporte une toiture 14 transparente et une zone de culture 16 située sous la toiture 14. Le terme « transparente » pour la toiture 14 ne doit pas être interprété ici de manière restrictive. La toiture 14 peut par exemple être totalement transparente ou en partie transparente.
La zone de culture 16 s’étend ici sur la majeure partie de la surface au sol de la serre 10. La zone de culture 16 est prévue pour la production de végétaux. Selon le mode de réalisation représenté, la serre 10 est du type à arche gothique. La charpente 12 comporte ici une série d’arches 18 qui sont alignées le long d’une direction longitudinale A1 pour former une voûte.
Chaque arche 18 comporte deux piliers 20, 22 principaux et deux arcs 24, 26 qui se rejoignent dans la partie la plus haute de la toiture 14 en formant le faîte 28. La toiture 14 comporte donc deux pans inclinés, de part et d’autre du faîte 28.
Bien entendu, l’invention s’applique également à d’autres modèles de serre, par exemple une serre 10 comportant un pan incliné et/ou des piliers intérieurs.
Dans la suite de la description, on utilisera à titre non limitatif une orientation longitudinale selon la direction longitudinale A1 et une orientation transversale T1 par rapport à la direction longitudinale A1 .
Avantageusement, la serre 10 est orientée par rapport aux points cardinaux de manière qu’un premier pan de la toiture 14, dit pan sud 30, soit orienté globalement vers le sud S et qu’un second pan de la toiture 14, dit pan nord 32, soit orienté vers le nord.
La serre 10 comporte un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 qui est réalisé conformément aux enseignements de l’invention.
Ainsi, le système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 comporte un ensemble de panneaux réfléchissants 36 qui sont agencés sous la toiture 14, au-dessus de la zone de culture 16. Selon le mode de réalisation représenté, les panneaux réfléchissants 36 sont montés sur une structure de support 38, généralement plane et horizontale, agencée à la jonction entre les arcs 24, 26 et les piliers 20, 22. La structure de support 38 comporte par exemple des poutres transversales 40. Chaque panneau réfléchissant 36 a ici une forme globalement rectangulaire et s’étend dans un plan longitudinal. Chaque panneau réfléchissant 36 est monté pivotant, par rapport à la structure de support 38, autour d’un axe de pivotement longitudinal A2. Lorsque tous les panneaux réfléchissants 36 occupent une position horizontale, dite position d’occultation PO, c’est-à-dire qu’ils s’étendent parallèlement à la zone de culture 16, tel qu’illustré par les figures 1 et 2, ils forment une couverture occultante au-dessus de la zone de culture 16 empêchant la majeure partie du rayonnement solaire RS d’atteindre la zone de culture 16.
On entend ici par « couverture occultante » une configuration dans laquelle les panneaux réfléchissants 36 occupent la position dans laquelle ils bloquent au maximum le passage le rayonnement RS. L’occultation qui en résulte peut être totale ou partielle.
Un dispositif d’entraînement 42 utilisant par exemple un moteur électrique est relié à chaque panneau réfléchissant 36. Ce dispositif d’entraînement 42 est prévu pour commander individuellement le pivotement de chaque panneau réfléchissant 36 de manière à l’orienter selon une position angulaire déterminée par rapport au rayonnement solaire RS. Ce dispositif d’entraînement 42 permet de régler la position des panneaux réfléchissants 36 individuellement ou par lot.
Avantageusement, les panneaux réfléchissants 36 possèdent un revêtement réfléchissant sur chacune de leurs faces.
Le système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 comporte aussi un dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 qui est agencé entre la toiture 14 et l’ensemble de panneaux réfléchissants 36. Selon le mode de réalisation représenté ici, le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 comporte une série de panneaux photovoltaïques 46 permettant de convertir le rayonnement solaire RS en énergie électrique. Ces panneaux photovoltaïques 46 sont agencés de préférence sous le pan nord 32 de la toiture 14, dans la partie basse du pan nord 32. Ils sont par exemple montés sur la charpente 12 de manière à suivre la pente du pan nord 32 et de manière à faire face à l’ensemble de panneaux réfléchissants 36. Ces panneaux photovoltaïques 46 sont prévus pour récupérer les rayons solaires réfléchis par les panneaux réfléchissants 36 de sorte que la surface de réception de chaque panneau photovoltaïque 46 est tournée vers l’ensemble de panneaux réfléchissants 36. Cette géométrie permet d’obtenir une concentration solaire permettant d’augmenter la densité de flux radiatif reçue (haut flux) et de réduire la surface de captation (thermique et/ou photovoltaïque) en conservant une même production.
Les panneaux photovoltaïques 46 sont ici alignés longitudinalement et s’étendent ici sur toute la longueur de la toiture 14.
Selon une variante de réalisation, le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 peut comporter un seul panneau photovoltaïque 46. Avantageusement, le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 comporte aussi une série de capteurs solaires thermiques 48 qui permettent de convertir le rayonnement solaire RS en énergie thermique via un fluide caloporteur. Les capteurs solaires thermiques 48 ont ici la forme de panneaux et sont montés parallèlement aux panneaux photovoltaïques 46, sur toute la longueur de la toiture 14. Ils sont ici montés sur la charpente 12, juste au-dessus des panneaux photovoltaïques 46, de manière à ce que la surface de réception de chaque capteur solaire thermique 48 soit tournée vers l’ensemble de panneaux réfléchissants 36 pour récupérer les rayons solaires réfléchis par les panneaux réfléchissants 36.
Selon une variante de réalisation, le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 peut comporter un seul capteur solaire thermique 48.
On note que le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 est déporté sur la partie basse du pan nord 32 de la toiture 14 de manière à ne pas faire de l’ombre sur la zone de culture 16 et permettre ainsi à la zone de culture 16 de pouvoir recevoir tout le rayonnement solaire RS provenant directement du soleil, lorsque l’orientation des panneaux réfléchissants 36 le permet. Le système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 comporte aussi une unité de commande 50 qui est configurée pour commander le dispositif d’entraînement 42 selon plusieurs modes de fonctionnement.
Selon un premier mode de fonctionnement M1 , qui est illustré par la figure 3, les panneaux réfléchissants 36 sont commandés dans une position inclinée d’effacement P1 selon une direction D1 sensiblement parallèle aux rayons solaires. A cet effet, l’unité de commande 50 détermine régulièrement, en fonction de la course du soleil, l’angle d’inclinaison des rayons solaires par rapport au sol, ou à la zone de culture 16, et ajuste la position angulaire des panneaux réfléchissants 36 pour que ces panneaux réfléchissants 36 soient globalement parallèles aux rayons solaires.
Ce premier mode de fonctionnement M1 vise à maximiser la quantité de rayonnement solaire RS atteignant la zone de culture 16.
Selon un second mode de fonctionnement M2, qui est illustré par les figures 4 et 5, chaque panneau réfléchissant 36 est commandé dans une position inclinée de concentration P2 visant à maximiser la quantité de rayons solaires qui sont réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44.
Selon une première variante M2a du second mode de fonctionnement M2, qui est illustrée par la figure 4, l’unité de commande 50 oriente les panneaux réfléchissants 36 dans une première position inclinée de concentration P2a qui permet de concentrer les rayons solaires réfléchis sur les panneaux photovoltaïques 46. Comme pour le premier mode de fonctionnement M1 , l’unité de commande 50 détermine régulièrement l’angle d’inclinaison des rayons solaires par rapport au sol, et ajuste la position angulaire de chaque panneau réfléchissant 36 de manière que les rayons solaires qui se réfléchissent sur sa face de réflexion supérieure 52 soient déviés vers la surface de réception du panneau photovoltaïque 46 le plus proche, c’est-à- dire celui qui se trouve transversalement en vis-à-vis.
Comme on peut le voir sur la figure 4, à un instant déterminé, l’angle d’inclinaison de chaque panneau réfléchissant 36 par rapport à l’horizontale varie progressivement en fonction de la distance séparant chaque panneau réfléchissant 36 du panneau photovoltaïque 46 le plus proche, ou de la distance transversale séparant le panneau réfléchissant 36 d’une paroi longitudinale latérale de la serre 10.
L’ensemble des panneaux réfléchissants 36 fonctionne ici comme un concentrateur d’énergie solaire qui permet de maximiser l’énergie solaire reçue par les panneaux photovoltaïques 46, ce qui permet de maximiser la quantité d’énergie électrique produite par le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44.
Selon une deuxième variante M2b du second mode de fonctionnement M2, qui est illustrée par la figure 5, l’unité de commande 50 oriente les panneaux réfléchissants 36 dans une seconde position inclinée de concentration P2b qui permet de concentrer les rayons solaires réfléchis sur les capteurs solaires thermiques 48.
Le fonctionnement selon cette seconde variante M2b est donc similaire à celui de la première variante M2a à la différence que la concentration des rayons solaires réfléchis est dirigée vers les capteurs solaires thermiques 48 au lieu des panneaux photovoltaïques 46.
Selon une troisième variante M2c du second mode de fonctionnement M2, qui est illustrée par la figure 6, l’unité de commande 50 répartit les rayons solaires réfléchis à la fois vers les panneaux photovoltaïques 46 et vers les capteurs solaires thermiques 48. Cette troisième variante M2c permet notamment de réguler la quantité d’énergie solaire convertie en énergie électrique et la quantité d’énergie solaire convertie en énergie thermique. Cette troisième variante M2c permet aussi de laisser passer une partie des rayons lumineux vers la zone de culture 16 de manière à contribuer à la fois à la production de végétaux et à la production d’énergie électrique et thermique.
Selon un troisième mode de réalisation M3, qui est illustré par la figure 2, les panneaux réfléchissants 36 sont tous commandés dans leur position d’occultation PO par l’unité de commande 50. Cette position d’occultation PO permet notamment de retenir la chaleur dans la serre 10 au niveau de la zone de culture 16, en empêchant les rayonnements thermiques de s’échapper vers la toiture 14. Cette position d’occultation PO permet aussi de réguler la température à l’intérieur de la serre 10 en minimisant l’augmentation de température au niveau de la zone de culture 16 lorsque l’énergie solaire est trop forte.
Avantageusement, le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 comporte un dispositif de stockage 54 qui permet de stocker l’énergie électrique et l’énergie thermique produites par les panneaux photovoltaïques 46 et par les capteurs solaires thermiques 48 après conversion du rayonnement solaire RS. Ce dispositif de stockage 54 comporte par exemple des batteries électriques permettant de stocker l’énergie électrique et des batteries thermiques permettant de stocker l’énergie thermique, par exemple sous la forme d’un fluide chaud ou froid.
Avantageusement, la serre 10 comporte un dispositif de régulation thermique 56 qui utilise l’énergie électrique et/ou l’énergie thermique produites par le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 en vue de réguler la température à l’intérieur de la serre 10. Le dispositif de régulation thermique 56 comporte par exemple des radiateurs permettant de maintenir la température dans la serre 10 à un niveau suffisant pour le confort des végétaux cultivés dans la zone de culture 16, notamment pendant la nuit. De préférence, la serre 10 est équipée de moyens de mesure 58 qui permettent de déterminer notamment la température à l’intérieur de la serre 10 ce qui permet à l’unité de commande 50 de commander le dispositif de régulation thermique 56 de manière appropriée.
On décrit maintenant un procédé de commande du système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 équipant la serre 10 selon l’invention, en considérant notamment la figure 7.
Le procédé de commande comporte une première étape a) de détermination des besoins des végétaux placés dans la zone de culture en énergie solaire. Au cours de cette étape, l’unité de commande 50 utilise notamment les moyens de mesure 58 pour évaluer les conditions de température, d’hygrométrie, d’ensoleillement pour les végétaux cultivés dans la zone de culture.
Au cours d’une seconde étape b), le mode de fonctionnement le plus adapté aux besoins des végétaux est sélectionné par l’unité de commande 50 et mis en œuvre.
Lorsque le second mode de fonctionnement M2 est sélectionné, les étapes suivantes sont mises en œuvre : c) détermination des besoins de la serre 10 en énergie thermique et en énergie électrique ; d) inclinaison de chaque panneau réfléchissant 36 selon une orientation qui permet de répartir les rayons solaires réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 en fonction des besoins déterminés à l’étape c).
Avantageusement, lorsque la quantité d’énergie thermique ou d’énergie électrique produite par le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 est supérieur à un niveau prédéterminé, ou bien que la quantité d’énergie thermique ou d’énergie électrique disponible dans le dispositif de stockage 54 a atteint un niveau prédéterminé, l’unité de commande 50 peut décider d’injecter l’énergie thermique ou l’énergie électrique dans un réseau de chauffage urbain ou dans le réseau électrique du lieu où se trouve la serre 10.
Selon une autre incarnation de l’invention, comme présenté à la figure 8, il y a une méthode 80 de contrôle du système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 associé à la serre 10. La méthode 80 comporte la réception d’un indicateur de climat 82 selon l’emplacement géographique de la serre 10 et la réception d’un indicateur de condition de culture souhaitable 84 selon le type de plantation à cultiver dans la zone de culture de la serre. L’indicateur de climat peut être une zone climatique, une altitude, une température, une humidité, une saison, ou tout autre type d’indicateur de climat permettant de caractériser l’environnement climatique où se trouve la serre, de façon individuelle ou en combinaison. L’indicateur de condition de culture souhaitable est choisi en fonction du type de plante à cultiver et peut être une température souhaitée, un nombre d’unité de chaleur nécessaire, un niveau de luminosité nécessaire, un nombre d’heures d’ensoleillement requis, tout autre type de condition nécessaire à la bonne croissance des plantes à cultiver, toute plage de ceux-ci ou toute combinaison de ceux-ci. L’indicateur de climat et l’indicateur de condition de culture souhaitable peuvent provenir d’une base de données, d’une entrée de données fournies par un opérateur ou transmise par tout autre system.
La méthode 80 comporte aussi le contrôle 86 de l’inclinaison d’au moins un groupe de panneaux réfléchissant 36 de la serre 10 selon l’indicateur de climat et selon l’indicateur de condition de culture souhaitable de façon à diriger 88 au moins une portion des rayons solaires RS vers la zone de culture 16, comme présenté à la Figure 3; diriger 90 au moins une portion des rayons solaires vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire 44 de la serre 10, comme présenté à la Figure 5 ; former une paroi occultante 92 pour régulariser la température de la zone de culture 16 soit en empêchant un rayonnement thermique de la zone de culture 16 de s’échapper vers la toiture 14, ou en empêchant au moins une partie des rayons solaires RS d’atteindre la zone de culture 16, comme présenté à la Figure 2; ou toute combinaison de ceux-ci. Il sera compris que la formation d’une paroi occultante peut être complètement occultante ou partiellement occultante.
Selon une variante de réalisation qui est représentée schématiquement sur la figure 9, les panneaux photovoltaïques 46 peuvent être équipés d’un dispositif de refroidissement 94 par aspersion ou ruissellement, ce qui permet d'augmenter la performance des panneaux photovoltaïques 46 et d’éviter une surchauffe. Sur la figure 9 on a représenté une vue de détail de la toiture 14 de la serre 10, là où les panneaux photovoltaïques 46 sont installés. Les panneaux photovoltaïques 46 sont ici agencés contre la toiture 14 mais il pourraient être positionnés différemment.
Le dispositif de refroidissement 94 comporte ici une enceinte 96 qui est agencée contre la face arrière 98 des panneaux photovoltaïques 46 et qui permet de faire circuler un liquide de refroidissement, par exemple de l’eau, apte à refroidir la partie active des panneaux photovoltaïques 46.
Selon l’exemple représenté, le dispositif de refroidissement 94 comporte, dans sa partie supérieure, une conduite d’alimentation 100 munie de buses 102 qui produisent un flux d’écoulement F1 du fluide de refroidissement directement contre la face arrière 98 des panneaux photovoltaïques 46. L’inclinaison des panneaux photovoltaïques 46 permet un écoulement par gravité vers la partie inférieure du dispositif de refroidissement 94 qui comporte un collecteur 102 apte à collecter le fluide de refroidissement.
Le fluide de refroidissement peut aussi être projeté contre la face arrière 98 grâce à un système d’aspersion (non représenté) afin d’améliorer le rendement du dispositif de refroidissement 94. Bien entendu, le dispositif de refroidissement 94 peut être raccordé à un circuit complet de refroidissement et l’énergie thermique collectée par le fluide de refroidissement peut être réutilisée par des moyens appropriés.
Le dispositif de refroidissement 94 est particulièrement efficace car il permet un contact direct entre le fluide de refroidissement et la face arrière 98 des panneaux photovoltaïques 46. Contrairement à des solutions utilisant des canaux de refroidissement disposés sur la face arrière 98, il y a très peu de contraintes liées à la dilatation des matériaux constituant les panneaux photovoltaïques 46 et le dispositif de refroidissement 94.
Le procédé de commande du système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 34 équipant la serre 10 comporte avantageusement une étape de refroidissement des panneaux photovoltaïques 46 qui est mise en œuvre avec le second mode de fonctionnement M2, lorsque les panneaux photovoltaïques 46 reçoivent des rayons solaires RS réfléchis par les panneaux réfléchissants 36.
Dans la présente description, le terme « serre » doit être interprété de manière suffisamment large pour s’appliquer à tout type de bâtiment dans lequel le procédé de commande selon l’invention peut être utilisé. Ce bâtiment peut notamment avoir une portion vitrée et une portion non vitrée.
LEGENDE
10 : serre
12 : charpente
14 : toiture
16 : zone de culture
18 : arche
20, 22 : piliers
24, 26 : arcs
28 : faîte
30 : pan sud
32 : pan nord
34 : système de récupération et de conversion de l’énergie solaire 36 : panneau réfléchissant
38 : structure de support
40 : poutre transversale
42 : dispositif d’entraînement
44 : dispositif de récupération de l’énergie solaire
46 : panneau photovoltaïque
48 : capteur solaire thermique
50 : unité de commande
52 : face de réflexion supérieure
54 : dispositif de stockage
56 : dispositif de régulation thermique
58 : moyens de mesure
80 : méthode
82 : indicateur de climat
84 : indicateur de condition de culture souhaitable
86 : contrôler l’inclinaison d’un groupe de panneaux
88 : diriger des rayons solaires vers la zone de culture
90 : diriger des rayons solaires vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire
92 : former une paroi occultante
94 : dispositif de refroidissement
96 : enceinte
98 : face arrière
100 : conduite d’alimentation
102 : collecteur
A1 : direction longitudinale
A2 : axe de pivotement longitudinal
F1 : flux d’écoulement
M1 : premier mode de fonctionnement
M2 : second mode de fonctionnement
M2a : première variante du second mode de fonctionnement
M2b : seconde variante du second mode de fonctionnement
M2c : troisième variante du second mode de fonctionnement PO : position d’occultation
P1 : position inclinée d’effacement
P2 : position inclinée de concentration
P2a : première position inclinée de concentration
P2b : seconde position inclinée de concentration RS : rayonnement solaire ou rayons solaires
S : sud
T1 : direction transversale

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de récupération et de conversion de l’énergie solaire (34) prévu pour équiper une serre (10) pour la culture de végétaux comportant une charpente (12) qui supporte une toiture (14) transparente, la serre (10) comportant une zone de culture (16) située sous la toiture (14), caractérisé en ce que le système de récupération et de conversion de l’énergie solaire (34) comporte :
- un ensemble de panneaux réfléchissants (36) agencés sous la toiture (14) et au-dessus de la zone de culture (16) de manière à pouvoir couvrir tout ou partie de la zone de culture (16), chaque panneau réfléchissant (36) étant monté pivotant autour d’un axe de pivotement longitudinal (A2) de manière à pouvoir occuper au moins une position d’occultation (PO) parallèle à la zone de culture (16), et plusieurs positions inclinées (P1 , P2) ;
- un dispositif d’entraînement (42) qui est prévu pour provoquer le pivotement des panneaux réfléchissants (36) autour de leur axe de pivotement longitudinal (A2) ;
- au moins un dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) qui est agencé entre la toiture (14) et l’ensemble de panneaux réfléchissants (36), de manière à récupérer l’énergie solaire réfléchie par les panneaux réfléchissants (36) ;
- une unité de commande (50) qui est configurée pour commander le dispositif d’entraînement (42) selon les modes de fonctionnement suivants : i) un premier mode de fonctionnement (M1 ) dans lequel au moins un groupe de panneaux réfléchissants (36) est commandé dans une position inclinée d’effacement (P1 ) selon une direction sensiblement parallèle aux rayons solaires (RS), le dispositif d’entraînement (42) faisant varier l’inclinaison des panneaux réfléchissants (36) du groupe en fonction de la course du soleil, de manière à maximiser la quantité de rayons solaires (RS) atteignant la zone de culture (16), ii) un deuxième mode de fonctionnement (M2) dans lequel chaque panneau réfléchissant (36) du groupe de panneaux réfléchissants (36) est commandé individuellement dans une position inclinée de concentration (P2) visant à concentrer les rayons solaires (RS) qui sont réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) ; ill) un troisième mode de fonctionnement (M3) dans lequel les panneaux réfléchissants (36) du groupe de panneaux réfléchissants (36) sont tous commandés dans une position d’occultation (PO) parallèle à la zone de culture (16). Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) comporte au moins un panneau photovoltaïque (46) permettant de convertir le rayonnement solaire (RS) en énergie électrique. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) comporte au moins un capteur solaire thermique (48) permettant de convertir le rayonnement solaire (RS) en énergie thermique via un fluide caloporteur. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) comporte un dispositif de stockage (54) qui permet de stocker l’énergie électrique ou l’énergie thermique produite par le panneau photovoltaïque (46) ou par le capteur solaire thermique (48) après conversion du rayonnement solaire (RS). Serre (10) pour la culture de végétaux comportant une charpente (12) qui supporte une toiture (14) transparente, la serre (10) comportant une zone de culture (16) située sous la toiture (14), caractérisée en ce qu’elle comporte un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire (34) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Serre (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de régulation thermique (56) qui utilise l’énergie électrique ou thermique produite par le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) en vue de réguler la température à l’intérieur de la serre (10).
7. Serre (10) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que la toiture (14) comporte au moins deux pans (30, 32) qui se rejoignent en un faîte (28) longitudinal, un pan sud (30) étant prévu pour être orienté globalement vers le sud, un pan nord (32) étant prévu pour être orienté globalement vers le nord, et en ce que le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) s’étend longitudinalement sous le pan nord (32).
8. Serre (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) est agencé à proximité de la partie basse du pan nord (32).
9. Serre (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisée en ce que chaque panneau photovoltaïque (46) comporte un dispositif de refroidissement (94) agencé contre sa face arrière (98), du côté opposé aux panneaux réfléchissants (36), ce dispositif de refroidissement (94) comportant une enceinte (96) permettant de faire s’écouler un fluide de refroidissement directement en contact avec ladite face arrière (98).
10. Procédé de commande d’un système de récupération et de conversion de l’énergie solaire (34) équipant une serre (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu’il comporte les modes de fonctionnement suivants : i) un premier mode de fonctionnement (M1 ) dans lequel au moins un groupe de panneaux réfléchissants (36) est commandé dans une position inclinée d’effacement (P1 ) selon une direction sensiblement parallèle aux rayons solaires (RS), le dispositif d’entraînement (42) faisant varier l’inclinaison des panneaux réfléchissants (36) en fonction de la course du soleil, de manière à concentrer les rayons solaires (RS) vers la zone de culture (16), ii) un deuxième mode de fonctionnement (M2) dans lequel chaque panneau réfléchissant (36) du groupe de panneaux réfléchissants 21
(36) est commandé individuellement dans une position inclinée de concentration (P2) visant à diriger au moins une portion des rayons solaires (RS) qui sont réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) ; ill) un troisième mode de fonctionnement (M3) dans lequel les panneaux réfléchissants (36) du groupe de panneaux réfléchissants (36) sont tous commandés dans une position d’occultation (PO) parallèle à la zone de culture (16), et en ce qu’il comporte les étapes suivantes : a) détermination des besoins des végétaux placés dans la zone de culture (16) en énergie solaire ; b) sélection de l’un des modes de fonctionnement (M1 , M2, M3) en fonction des besoins déterminés à l’étape a). Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lorsque le second mode de fonctionnement (M2) est sélectionné, les étapes suivantes sont mises en œuvre : c) détermination des besoins de la serre (10) en énergie thermique et en énergie électrique ; d) inclinaison de chaque panneau réfléchissant (36) selon une orientation qui permet de répartir les rayons solaires (RS) réfléchis vers le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) en fonction des besoins déterminés à l’étape c), le dispositif de récupération de l’énergie solaire (44) comportant un capteur solaire thermique (48) et un panneau photovoltaïque (46).
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lorsque le second mode de fonctionnement (M2) est sélectionné, une étape de refroidissement des panneaux photovoltaïques (46) est mise en œuvre au cours de laquelle on fait circuler un fluide de refroidissement sur la face arrière (98) des panneaux photovoltaïques (46), en contact direct avec ladite face arrière (98).
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