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Title:
SOLAR ENERGY RECOVERY AND CONVERSION SYSTEM FOR A GREENHOUSE, GREENHOUSE AND ASSOCIATED METHOD FOR CONTROLLING THE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/162300
Kind Code:
A1
Abstract:
The subject matter of the present invention is a solar energy recovery and conversion system (34) for a greenhouse (10) for cultivating plants, the greenhouse (10) comprising a cultivation area (16), characterised in that the solar energy recovery and conversion system (34) comprises: - a set of reflective panels (36); - a drive device (42) which is provided to cause the reflective panels (36) to pivot around their longitudinal pivot axis (A2); - at least one solar energy recovery device (44) which is arranged between the roof (14) and the set of reflective panels (36), so as to recover the solar energy reflected by the reflective panels (36 ); - a control unit (50) which is configured to control the drive device (42) according to different operating modes. The invention also relates to a method for controlling the solar energy recovery and conversion system (34).

Inventors:
GIBOUT STÉPHANE (FR)
ARRABIE CÉDRIC (FR)
HAILLOT DIDIER (CA)
Application Number:
PCT/FR2022/050127
Publication Date:
August 04, 2022
Filing Date:
January 24, 2022
Export Citation:
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Assignee:
UNIV DE PAU ET DES PAYS DE LADOUR (FR)
ECOLE DE TECH SUPERIEURE ETS (CA)
International Classes:
A01G9/24; F24S20/60; A01G9/22
Attorney, Agent or Firm:
NOVAGRAAF TECHNOLOGIES (FR)
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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).

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