EP4521030A1 - Système pour reguler un moyen de production d'eau chaude - Google Patents

Système pour reguler un moyen de production d'eau chaude Download PDF

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EP4521030A1
EP4521030A1 EP24197492.2A EP24197492A EP4521030A1 EP 4521030 A1 EP4521030 A1 EP 4521030A1 EP 24197492 A EP24197492 A EP 24197492A EP 4521030 A1 EP4521030 A1 EP 4521030A1
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EP
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hot water
water
control box
production
tank
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Metop Engineering
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    • F24D2200/12—Heat pump

Definitions

  • the present invention relates to a system for regulating a means of producing hot water.
  • the invention relates to the field of the production of domestic hot water within an industrial or domestic dwelling using a means of producing renewable electrical energy.
  • domestic hot water represents a significant energy consumption item which can be produced by a gas boiler which may or may not include a tank (hot water reserve) of low capacity (around 40-50 litres) in order to provide water at a temperature desired by the user.
  • a tank hot water reserve
  • low capacity around 40-50 litres
  • the cost of producing this hot water is high and does not allow for an increase in the use of renewable energy at a lower cost.
  • the gas boiler is used to supply the entire home for various uses such as heating the home or providing domestic hot water.
  • a boiler or any other equivalent is multifunctional in that it is configured to produce water and/or heat the home. This makes it possible to provide hot water at the desired temperature on demand.
  • control box makes it possible to recover at least 90% of what the means of producing electrical energy would reject on the network without a box and for a solar power less than or equal to the maximum power of the first means of producing hot water.
  • the system developed makes it possible to increase the self-consumption of a home, for example.
  • the system will allow the water contained in the tank of said first means of production to be heated in order to be able to benefit from hot water for a certain period of time, depending on the capacity of said first means to maintain the temperature of the hot water.
  • said first means of producing hot water acts as a hot water storage element.
  • control box is arranged to use the available electricity which is generated by the renewable electrical energy production means in order to modulate the heating means to heat the water contained in said tank until a maximum water temperature preferably between 65 and 95°C is reached. Following the power modulation, the time to reach the maximum temperature in said tank will vary depending on the renewable energy production.
  • said first means of producing hot water can act as a storage element for hot water which can be supplied as required during the day.
  • the energy used to heat the water in the tank comes from renewable electricity generation, which provides electricity based on the amount of sunshine.
  • electricity that is not directly used by the home can be used to heat the water in the tank as much as possible so that it maintains a maximum temperature that depends on the amount of electricity generated during a sunny day.
  • control box makes it possible to produce domestic hot water thanks to the excess production of energy generated by said means of producing electrical energy over time.
  • the control box collects data from the measuring device and preferentially adjusts the heating power of said first means of producing domestic hot water. And, depending on the season and/or the user's needs, the control box regulates said first means of producing water in order to be able to supply water at the temperature desired by the user.
  • control box is arranged to continuously monitor the power and/or current to be compensated for by said measuring device in order to maximize the self-consumption of the energy produced by the electrical energy production installation.
  • the power will depend on the type of system, whether it is single-phase or three-phase. The power can thus vary between 0 and 7 kW for a three-phase system or between 0 and 4 kW for a single-phase system.
  • the outlet is arranged to supply ready-to-use water at a temperature higher than that supplied by said supply, preferably between 30°C and 95°C.
  • the system according to the invention comprises a second means of producing hot water, preferably chosen from the group comprising a gas boiler (with or without hot water reserve), a pellet boiler, a heat pump, a fuel boiler, an electric boiler and combinations thereof.
  • control box allows hybridization of an existing system already equipped with said second means of producing hot water.
  • This configuration is even more advantageous with at least one thermostatic mixing valve which will allow mixing between the hot water coming from said first means of producing water and the hot water supplied by said second means of producing hot water.
  • said second means of producing hot water is arranged so as not to necessarily operate using solar energy.
  • said second production means is arranged to supply hot water at a temperature greater than or equal to that supplied at the outlet of the system.
  • said control box is arranged to activate said heating means at a sufficient power to increase the water temperature.
  • This temperature is preferably adjustable according to the user's needs.
  • the first means of producing hot water relates to any means which contains an electrical resistance to produce hot water and is preferably chosen from the group comprising a hot water tank with electrical resistance, a thermodynamic water heater equipped with an electrical resistance.
  • the system is arranged to mix the hot water produced by the first hot water production means with the water from the water supply and/or water from said second hot water production means which preferably has a predetermined temperature, greater than or equal to the temperature of the water leaving the system.
  • the system according to the invention preferably comprises a (thermostatic) mixing valve, preferably at least two (thermostatic) mixing valves, arranged to receive the water produced by said first and second water production means and/or the water coming from the distribution network.
  • a (thermostatic) mixing valve preferably at least two (thermostatic) mixing valves, arranged to receive the water produced by said first and second water production means and/or the water coming from the distribution network.
  • said means of producing renewable electrical energy is chosen from the group comprising a wind installation, a hydroelectric installation, a photovoltaic installation and their combinations.
  • the system according to the present invention comprises a thermal probe located at the outlet of said tank of said first production means or inside said first means and being connected to said control box.
  • said measuring device is a smart meter.
  • Said control box advantageously activates a heating cycle in order to reach a maximum temperature within said tank of said first means in order to avoid the formation of biological load within said tank, preferably after at least a number of days during which the maximum water temperature has not been reached in the tank.
  • said control box adjusts the power modulation of said control box in order to prevent the electrical production installation from going into safety mode following an overvoltage on the electrical network.
  • said first production means is arranged to provide hot water, preferably at a temperature between 5 and 95°C, preferably between 30 and 65°C.
  • said second hot water production means is arranged to supply hot water at a temperature greater than or equal to that supplied at the outlet of the system, preferably between 5°C and 95°C, preferably between 30 and 70°C.
  • the present invention also relates to a control box for regulating a means of producing hot water.
  • the control box (4) allows the collection of voltage, power, current, quarter-hourly peak, index, and sunshine forecast data via Wi-Fi.
  • these data are collected after having been generated by a measuring device (2).
  • the control box (4) is capable of generating and processing these data.
  • control box (4) makes it possible to modulate a heating means (7) using the energy generated by the renewable electrical energy production means (9).
  • the control box (4) makes it possible to continuously control the power and/or current to be compensated from said measuring device (2) in order to maximize self-consumption of the energy produced by the renewable electrical energy production means (9).
  • the control box (4) redirects this energy as much as possible to the heating means (7), which can be used for example to heat water (8) in a tank (6).
  • This tank (6) thus acts as an accumulator of the energy produced by the means of production of renewable electrical energy (9). Thanks to this arrangement, the control box (4) thus advantageously makes it possible to produce ready-to-use hot water (13) thanks to the overproduction of renewable electrical energy, more specifically photovoltaic energy if the means of producing renewable electrical energy (9) comprises solar panels.
  • control box (4) makes it possible to limit the phenomena of inverter disconnection by directing the energy as much as possible towards the heating means (7). This thus makes it possible to limit overvoltages and reduce the loss of renewable energy.
  • control box (4) allows hybridization of an existing system which is already equipped with a second means of producing hot water (14).
  • This configuration is advantageous because the thermostatic mixing valve (17, 18) allows mixing to be carried out by maximizing the use of hot water (16) coming from said first means of producing hot water (5) while minimizing the hot water (15) coming from said second means of producing hot water (14), preferably the second means of producing hot water (14) is a conventional means of producing hot water (gas boiler, a pellet boiler, a heat pump, a fuel boiler, an electric boiler and combinations thereof).
  • This arrangement makes it possible to continuously have ready-to-use hot water (13) despite variations in the production of renewable electrical energy while minimizing the use of production means conventional hot water systems consuming fossil energy or expensive electricity from the electricity distribution network (3).
  • this makes it easy to deploy the system (1) according to the present invention, in particular the control box (4), because almost all infrastructures already have conventional hot water production systems. It is therefore not necessary to uninstall existing devices to replace them with the device according to the present invention. This is therefore much less of a deterrent for consumers and significantly reduces installation costs.
  • the control box (4) comprises a means for measuring the electrical consumption of the control box (4) which allows self-regulation of the box (4) in such a way that if the consumption of the control box (4) is greater than the energy generated by the renewable electrical energy production means (9), it goes into standby. Indeed, in phases of low renewable energy production, this makes it possible to prevent the system (1) from consuming energy from the distribution network, thus increasing the electricity bill compared to conventional hot water production systems.
  • the control box (4) continuously modulates the heating power (7) in a proportion equal to or less than the energy generated by the means of producing renewable electrical energy (9) not consumed by the domestic electrical installation (23). This makes it possible to optimize energy consumption as much as possible.
  • control box (4) comprises a dimmer which allows said heating means (7) to be modulated using the energy generated by the renewable electrical energy production means (9) or a static converter.
  • a dimmer which allows said heating means (7) to be modulated using the energy generated by the renewable electrical energy production means (9) or a static converter.
  • This latter option allows the use of an AC-AC converter which modifies the amplitude of the signal (50 Hz) but the resultant remains a sinusoid.
  • the static converter also makes it possible to modulate said heating means using the energy generated by the renewable electrical energy production means.
  • the present invention advantageously makes it possible to maximize the use of renewable electrical energy produced by the existing installation at the time of its production, having the final consequence of reducing the consumption of non-renewable energy of the existing hot water production installation.
  • the present invention is an efficient means of reducing fossil energy consumption while saving money for a reasonable investment.
  • One of the advantages of the present invention is that it allows a conventional hot water production system to be transformed into a renewable hot water production system without necessarily replacing the main means of production.
  • smart meter or “communicating meter” refers to a device for measuring the consumption of electrical energy and/or gas in a home.
  • the system provided allows hybridization with an existing system, which is particularly advantageous.
  • the system (1) for regulating a means of producing hot water comprises a measuring device (2) connected to an electrical distribution network (3), a control box (4), a first means of producing hot water (5), a tank (6) which includes a heating means (7) for heating tank water (8), a means of producing renewable electrical energy (9), a water supply (10) connected to a cold water distribution network (11), an outlet (12) arranged to supply ready-to-use water (13).
  • the measuring device (2) makes it possible to connect the electrical distribution network (3) to the so-called domestic electrical network.
  • the quantity of electricity in kWh
  • the domestic electrical network includes a means of producing renewable electrical energy (9) such as solar panels, a wind turbine, etc.
  • the measuring device (2) is connected to it via the general distribution board (22) and makes it possible to measure the total quantity of energy consumed by the electrical installation (23) or rejected by the means of producing electrical energy renewable (9) domestic. Finally, the measuring device (2) makes it possible to generate a plurality of information such as voltage, power, current, quarter-hourly peak, index, sunshine forecast data via Wi-Fi which can for example be used by a control box (4).
  • the measuring device (2) can be an electromechanical, electronic, communicating or intelligent, bidirectional meter, etc.
  • the measuring device (2) is a bidirectional meter in order to both measure the electricity consumed from the electricity distribution network (3) and the electricity returned to the distribution network (3).
  • the measuring device (2) is a smart meter.
  • the measuring device (2) is preferably positioned between the electrical distribution network (3) and the general electrical distribution panel (22) in such a way as to be able to collect a certain number of data coming from the electrical installation (23).
  • the latter is furthermore preferably connected to a means of producing renewable electrical energy (9) in such a way as to measure the energy produced by it.
  • the control box (4) can use the surplus electricity generated to carry out the invention.
  • This configuration makes it possible to supply the system (1) with the surplus renewable electrical energy produced by the means of producing renewable electrical energy (9) and not consumed by the electrical installation (23).
  • the measuring device (2) can be connected to the control box (4) via a wired or wireless connection (24), for example a Wi-Fi connection, Bluetooth, mobile network (3G, 4G, 5G), etc.
  • FIG. 6 includes the same elements as those stated above for the figures 1 to 5 , except that the heating means, the resistor (7), is located outside the first hot water production means (5). Also, a circulator (25) is also present in this configuration.
  • the control box (4) allows the collection of voltage, power, current, quarter-hourly peak, index, and sunshine forecast data via Wi-Fi. Preferably, this data is collected after being generated by a measuring device (2). Alternatively, the control box (4) is capable of generating and processing this data. Additionally, the control box (4) makes it possible to modulate a heating means (7) using the energy generated by the renewable electrical energy production means (9). Preferably, it modulates the heating means (7) according to the data collected (power, current, quarter-hourly peak, index, sunshine forecast data via Wi-Fi) in order to maximize self-consumption. In this way, the control box (4) makes it possible to continuously control the power and/or current to be compensated from said measuring device (2) in order to maximize self-consumption of the energy produced by the renewable electrical energy production means (9).
  • the control box (4) redirects this energy as much as possible to the heating means (7), which can be used for example to heat water (8) in a tank (6).
  • This tank (6) thus acts as an accumulator of the energy produced by the renewable electrical energy production means (9). Thanks to this arrangement, the control box (4) thus advantageously makes it possible to produce ready-to-use hot water (13) thanks to the overproduction of renewable electrical energy, more specifically photovoltaic energy if the renewable electrical energy production means (9) includes solar panels.
  • control box (4) makes it possible to use the available electricity which is generated by the electrical energy production means (9) in order to modulate the heating means (7) to heat the water (8) contained in said tank (6) until it reaches a maximum temperature of water. And when necessary, modulates the heating means (7) in order to maintain a maximum temperature within the tank (6) and to provide hot water at the desired temperature.
  • control box (4) allows hybridization of an existing system which is already equipped with a second means of producing hot water (14).
  • This configuration is advantageous because the thermostatic mixing valve (17, 18) allows mixing to be carried out by maximizing the use of hot water (16) coming from said first means of producing hot water (5) while minimizing the hot water (15) coming from said second means of producing hot water (14), preferably the second means of producing hot water (14) is a conventional means of producing hot water (gas boiler, a pellet boiler, a heat pump, a fuel boiler, an electric boiler and their combinations).
  • This arrangement makes it possible to continuously have ready-to-use hot water (13) despite variations in the production of renewable electrical energy while minimizing the use of conventional hot water production means consuming fossil energy or expensive electricity from the electrical distribution network (3).
  • this makes it possible to easily deploy the system (1) according to the present invention, in particular the control box (4), because almost all infrastructures already have conventional hot water production systems. It is therefore not necessary to uninstall existing devices to replace them with the device according to the present invention. This is therefore much less of a deterrent for consumers and significantly reduces installation costs.
  • control box (4) according to the present invention can be hybridized to more than two means of producing hot water.
  • control box (4) according to the present invention can be hybridized to more than one means of producing renewable electrical energy.
  • the control box (4) makes it possible to measure the temperature of the water (8) within or at the outlet of said tank (6) of said first hot water production means (5), and/or when the temperature of the water within or at the outlet of said tank (6) of said first hot water production means (5) is lower than a predefined temperature, modulate said heating means (7) to a sufficient power in order to increase the temperature of the tank water (8) by means of the electricity produced by said renewable electrical energy production means (9).
  • the box is preferably provided with or connected to a thermal probe (19) which makes it possible to assess whether the water in the water heater is still sufficiently hot and thus restart a heating cycle as needed for the comfort of the user so that he has hot water ready for use (13) at any time.
  • this thermal probe (19) is used if the control box (4) is used without another source of hot water production or in the case where the conventional heating source (14) is switched off or unavailable.
  • the control box (4) comprises a means for measuring the electrical consumption of the control box (4) which allows self-regulation of the box (4) in such a way that if the consumption of the control box (4) is greater than the energy generated by the renewable electrical energy production means (9), it goes into standby. Indeed, in phases of low renewable energy production, this makes it possible to prevent the system (1) from consuming energy from the distribution network, thus increasing the electricity bill compared to conventional hot water production systems.
  • the control box (4) continuously modulates the heating power (7) in a proportion equal to or less than the energy generated by the renewable electrical energy production means (9) not consumed by the domestic electrical installation (23). This makes it possible to optimize energy consumption as much as possible.
  • control box (4) comprises a dimmer which makes it possible to modulate said heating means (7) using the energy generated by the renewable electrical energy production means (9) or a static converter.
  • the control box (4) is connected to the measuring device (2) and to a heating means (7), making it possible to heat the water (8) in a tank (6) and thus forming the first means of producing hot water (5).
  • This configuration makes it possible to easily convert a conventional water heater into a solar or partially solar version.
  • the box control unit (4) can be connected to a thermal probe (19) measuring either the temperature of the water (8) inside the tank (6), or at its outlet, or even that of a wall of the tank (6). Thanks to this thermal probe (19), the control box (4) adjusts the heating means (7) according to the detected temperature. It is thus possible to define a minimum and/or maximum tank water temperature (8), in particular to prevent any microbial growth in the tank (6) or to ensure constant availability of hot water.
  • the control box (4) identifies this deficit. It thus compensates for this deficit by using the energy from the electricity distribution network (3) to modulate the heating means (7). This allows the user to have hot water ready for use (13) in all circumstances.
  • control box (4) For example, if the control box (4) detects that the water in the tank (8) is cold (for example ⁇ 30C°) or lukewarm (for example ⁇ 35C°) and that the sunshine forecast for the coming day is not sufficient, the control box (4) modulates the power of the heating means (7) in such a way that the water ready for use (13) is hot for the comfort of the user (for example ⁇ 45C°), even if this requires using energy from the electricity distribution network (3).
  • the control box (4) modulates the power of the heating means (7) in such a way that the water ready for use (13) is hot for the comfort of the user (for example ⁇ 45C°), even if this requires using energy from the electricity distribution network (3).
  • the system according to the invention remains competitive on the market and generally allows for optimization of self-consumption, which remains particularly advantageous for the consumer.
  • the system (1) alternatively comprises a second hot water production means (14) which is a means of conventional hot water production, for example a gas boiler.
  • the second hot water production means (14) is also supplied with cold water by the cold water distribution network (11) and makes it possible to supply hot water (15) from it.
  • the control box (4) can be connected to a mixing valve (17) making it possible to mix the hot water from the first hot water production means (16) with the hot water from the second hot water production means (15).
  • the mixing carried out by the mixing valve (17) makes it possible to supply ready-to-use water (13) via the outlet (12).
  • the water from the second hot water means (15) is standardized, for example 55°C, or even 60°C.
  • the temperature of the water (15) of the second hot water production means (14) can be adjusted, for example according to the seasons or needs.
  • the mixing valve (17) makes it possible to mix the water from the first hot water production means (16) and the water from the second hot water production means (15), in such a way as to adjust the temperature at the outlet (12) of the system and/or in such a way as to reduce the quantity of water from the second hot water production means (15) used by the consumer.
  • the ready-to-use water (13) at the outlet of the system (1) would be partially produced by renewable electrical energy.
  • the mixing valve (17) set to produce water at a minimum temperature will use exclusively the water from the first means hot water production (5).
  • the temperature of the water from the first hot water production means (5) will decrease until it falls below the set temperature (for example ⁇ 45C°) of the mixing valve (17).
  • the hot water from the first hot water production means (16) is at a lower temperature than the ready-to-use water (13) at the outlet of the system (12).
  • the mixing valve (17) adjusts the mixture of water from the first hot water production means (16) with the water from the second hot water production means (15) to provide ready-to-use hot water (13).
  • the mixing valve (17) will use the water coming from the first hot water production means (5) and add water coming from the second production means (14) so as to reach the temperature set on the mixing valve (17).
  • the hot water production system (1) maximizes at all times the use of hot water coming from the first hot water production system (5).
  • the water (16) from the first means of producing hot water (5) is cold (for example ⁇ 30C°) or even very cold.
  • the mixing valve (17) makes it possible to ensure that the ready-to-use hot water (13) is the water (15) from the second means of production hot water (14) which is for example hot (for example ⁇ 55C°), or even boiling (for example ⁇ 60C°).
  • the mixing valve (17) allows the use of boiling water (15) (for example 60C°) from the second means of producing hot water (14) and a little cold water (16) (for example ⁇ 30C°) or even very cold water from the first means of producing hot water (5).
  • the water (16) from the first hot water production means (5) is lukewarm (for example 35C°).
  • the mixing valve (17) makes it possible to mix a lot of water (16) from the first hot water production means (5) which is lukewarm (for example 35C°) with a little hot water (15) (for example ⁇ 55C°), or even boiling (for example ⁇ 60C°) from the second hot water production means (14) to produce hot water (for example 45C°).
  • the tank (6) of the first hot water production means (5) operates as a thermodynamic water heater, a heat pump or a boiler and thus includes a second heating means (20).
  • the control box (4) is preferably connected to the first heating means (7).
  • the water (8) in the tank (6) can also be heated by this second heating means which consists of a heat exchanger transporting a fluid heated using a heat pump or a boiler (20).
  • This second heating means (20) makes it possible to heat the water (8) in parallel with the first heating means (7).
  • the tank (6) includes an electrical resistance which makes it possible to supplement the energy supply if the outside air is too cold/hot for the operation of the thermodynamic water heater or the heat pump, or if the boiler is not working correctly or if the water (8) in the tank (6) has not reached a certain temperature after a certain period.
  • This makes it possible to always have hot water ready for use (13).
  • This configuration is also advantageous because it makes it possible to avoid the installation of a mixing valve (17, 18), of a second means of producing hot water (14).
  • the control box (4) redirects most of this energy production to the heating means (7). In this way, ready-to-use hot water (13) produced essentially by renewable energy flows through the outlet (12) to be used by the consumer.
  • the control box (4) identifies this deficit. It thus compensates for this deficit by using the energy from the electricity distribution network (3) to modulate the first heating means (7). This allows the user to have hot water ready for use (13) in all circumstances with reduced energy consumption from the electricity distribution network (3).
  • the first hot water production means (5) constitutes the hot water reserve of the second hot water production means (14).
  • the second means of producing hot water recirculates the water contained in the tank (6) in order to heat it and maintain it at the desired temperature.
  • This heating system consisting of a boiler (14) and a tank (6) are or can be equipped with a heating resistor (7).
  • the water from the first means of producing hot water (16) mixes with the water (21) contained in the second means of producing hot water (14).
  • the water from the second means of producing hot water (15) mixes with the tank water (8) of the first hot water production means (5).
  • the ready-to-use water (13) flows preferentially from the first hot water production means (5) to the outlet (12).
  • the control box (4) redirects the majority of this energy production to the heating means (7) to heat the tank water (8).
  • the hot water (16) from the first hot water production means (5) does not have to be reheated during its passage (21) within the second hot water production means (14), thus reducing the energy consumption of the second heating means (21).
  • the water then flows through the outlet (12) to be used by the consumer.
  • the second hot water production means (14) can heat the water (21) to a minimum temperature, then the heating means (7) can top up by continuing to heat the water from the second hot water production means (15) previously heated.
  • the second hot water production means (14) can be set to provide hot water at 40°C.
  • the control box (4) can modulate the heating means (7) so as to heat the water from 40°C to 65°C. This makes it possible to significantly reduce the consumption of fossil energy and to provide water partially heated with renewable energy.
  • the hot water from the first means of producing hot water (16) is at a temperature lower than the ready water for use (13) at the outlet of the system (12) and it is heated by said second hot water production means (14), and returned to the first hot water production means (5).
  • the water now hot and ready for use (13) can be sent to the outlet (12).
  • the second hot water production means (14) will heat the water (15) in the event of a deficit of renewable energy produced by the means (9) to supply the heating means (7).
  • the embodiment illustrated in the Figure 2 comprises a second mixing valve (18).
  • This valve further allows the addition of cold water from the distribution network (11) to avoid scalding if the water flowing downstream of the first mixing valve (17) is too hot.
  • the first hot water production means (5) is designed to efficiently heat the water.
  • it takes the form of a water heater comprising a tank (6) containing tank water (8) and a heating means (7).
  • the first hot water production means 5 constitutes the hot water reserve of the second hot water production means (20).
  • the second hot water production means (20) operates to heat and maintain the water in the tank (6) at the desired temperature.
  • the temperature measurement (19) can be moved to the first heating means (7) so that the control box (4) starts and stops the circulator (25) so as to optimize the temperature of the water from the first heating means (16).
  • This heating system consisting of a thermodynamic water heater, a heat pump, a boiler (20) and a tank (6) are or can be equipped with a heating resistor (7) which is located in outside the tank (6).
  • the water from the first hot water production means (16) is taken from the ready-to-use water (13) in order to be heated in the first hot water production means consisting of the heating resistor (7).
  • the water from the first hot water production means (16) mixes with the tank water (8) heated by the second hot water production means (20).
  • the ready-to-use water (13) flows from the tank (6) to the outlet (12).
  • the presence of the resistance (7) outside the tank implies the use of the circulator (25) which acts as a pump which will allow the hot water to circulate when it reaches a certain temperature depending on the user's needs.
  • this first means of producing hot water (5) is positioned so that its energy consumption is measured by the control box (4). It is connected to the electrical distribution network (3) and to a means of producing renewable electrical energy (9), via a general electrical distribution panel (23).
  • This control box (4) manages the heating means (7) to heat the water (8) contained in the tank (6) using the energy from the electrical distribution network (3) and/or means of producing renewable electrical energy (9).
  • a cold water supply (10) connected to the cold water distribution network (11), supplies the tank (6).
  • the first hot water production means (5) is supplied with water (15) from the second hot water production means (14). This water is preferably preheated by this second hot water production means (14).
  • a water outlet (12) is provided, through which the ready-to-use hot water (13) flows.
  • a mixing valve (17) makes it possible to mix the water (16) of the first hot water production means (5) with the water (15) of the second hot water production means (14), thereby providing ready-to-use water (13).
  • a second mixing valve (18) is located between the mixing valve (17) and the outlet (12), this second mixing valve (18) being connected to the cold water distribution network (11).
  • the first hot water production means (5) comprises a thermal probe (19) measuring the temperature of the tank water (8), at its outlet from the tank (6) or inside the latter.
  • the first means for producing hot water (5) comprises a second means for heating (20) the tank water (8).
  • the renewable electrical energy production means (9) makes it possible to supply the system (1) with renewable energy, more particularly a hot water production means (5, 14), more particularly a heating means (7, 20) of a hot water production means. It can for example take the form of photovoltaic panels, a concentrated solar system, a domestic wind turbine, small-scale hydroelectricity, a means of producing energy from biomass or biogas, etc.
  • the renewable electrical energy production means (9) can comprise one or more of the aforementioned examples.

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Abstract

La présente invention concerne un système qui comprend un dispositif de mesure relié à un réseau de distribution électrique, un boîtier de contrôle qui collecte des données générées par ledit dispositif de mesure, un premier moyen de production d'eau chaude, un moyen de production d'énergie électrique renouvelable, une alimentation d'eau, et une sortie, caractérisé en ce que le boîtier est agencé pour utiliser l'électricité disponible qui est générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable afin de moduler le moyen de chauffe pour chauffer l'eau contenue dans ladite cuve.

Description

  • La présente invention se rapporte à un système pour réguler un moyen de production d'eau chaude.
  • L'invention concerne le domaine de la production d'eau chaude sanitaire au sein d'une habitation industrielle ou domestique à l'aide d'un moyen de production d'énergie électrique renouvelable.
  • Le défi climatique et les engagements pris afin d'atteindre la neutralité carbone nous obligent à trouver des solutions afin de diminuer notre dépendance aux énergies fossiles en favorisant l'utilisation de l'énergies renouvelables. Notre dépendance actuelle aux énergies fossiles rend par ailleurs les consommateurs sensibles aux fluctuations des prix du pétrole et aux différents évènements qui les provoquent.
  • L'eau chaude sanitaire représente un poste important de consommation d'énergie qui peut être produite par une chaudière au gaz qui comprend ou non un ballon (réserve d'eau chaude) de faible contenance (autour de 40-50 litres) afin de fournir de l'eau à une température souhaitée par l'utilisateur.
  • Toutefois, le coût lié à cette production d'eau chaude est élevé et ne permet pas d'augmenter l'usage d'énergies renouvelables à moindre coût. Aussi, la chaudière au gaz est utilisée pour alimenter toute l'habitation pour différents usages comme pour chauffer l'habitation ou pour fournir de l'eau chaude sanitaire. Une chaudière ou tout autre équivalent est multifonctionnel en ce qu'elle est configurée pour produire de l'eau et/ou pour chauffer l'habitation. Cela permet de fournir, à la demande, de l'eau chaude à la température souhaitée.
  • Pour cette raison, ce type de chaudière est bien souvent utilisée toute l'année de manière quasi continue, occasionnant une consommation énergétique très élevée.
  • L'utilisation d'alternatives comme des chaudières électriques ne répond pas suffisamment à cette problématique puisque qu'elles consomment encore plus d'électricité en comparaison avec le gaz et demande une puissance très élevée.
  • Aujourd'hui l'installation de panneaux photovoltaïque s'est démocratisée. Pour être efficient, maximiser le retour sur investissement de celle-ci et diminuer au maximum les émissions de CO2, il est important d'autoconsommer un maximum de l'énergie produite par l'installation. Sans batterie de stockage, il est préférable de consommer l'énergie photovoltaïque au moment de sa production.
  • Bien que des systèmes avantageux, comme les pompes à chaleur ou maisons passives, peuvent être installé(e)s pour de nouvelles constructions, il n'en demeure pas moins que la majorité des logements dispose déjà d'une installation existante qui pourrait être améliorée afin de pouvoir produire de l'eau chaude sanitaire de manière plus écologique et économique.
  • Il existe donc un réel besoin de fournir un système pour produire de l'eau chaude sanitaire de manière aisée, économique, tout en favorisant l'usage d'énergie électrique renouvelable pour tous types d'habitation sans pour autant remplacer toute l'installation existante.
  • Pour résoudre ce problème, la présente invention fournit un système pour réguler un moyen de production d'eau chaude comprenant :
    • Un dispositif de mesure relié à un réseau de distribution électrique et étant agencé pour quantifier la consommation d'énergie d'une installation électrique et/ou de gaz pour un bâtiment domestique ou industriel,
    • Un boitier de contrôle connecté avec ou sans fil audit dispositif de mesure et collectant des données générées par ledit dispositif de mesure,
    • Un premier moyen de production d'eau chaude, de préférence un chauffe-eau, qui présente :
      • ∘ soit une cuve qui inclut un moyen de chauffe, de préférence une résistance électrique, pour chauffer de l'eau à une température donnée, ledit moyen de chauffe étant connecté audit boitier de contrôle,
      • ∘ soit une cuve qui n'inclut pas un moyen de chauffe (7), de préférence une résistance électrique, ce dernier se situant en dehors dudit premier moyen de production d'eau chaude, ledit moyen de chauffe et un circulateur étant connectés audit boitier de contrôle,
    • Un moyen de production d'énergie électrique renouvelable, de préférence une installation photovoltaïque, ledit moyen de production d'énergie électrique renouvelable étant relié au réseau de distribution électrique sur lequel est relié ledit dispositif de mesure,
    • Une alimentation d'eau reliée à un réseau de distribution d'eau froide,
    • Une sortie agencée pour fournir de l'eau prête à l'usage à une température supérieure à celle fournie par ladite alimentation,
    caractérisé en ce que le boitier est agencé pour utiliser l'électricité disponible qui est générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable afin de moduler le moyen de chauffe pour chauffer l'eau contenue dans ladite cuve, de préférence jusqu'à atteindre une température maximale de l'eau, préférentiellement comprise entre 65 et 95 °C suivant les spécifications techniques de ladite cuve.
  • Dans le cadre de la présente invention, le boitier de contrôle permet de récupérer au minimum 90% de ce que le moyen de production d'énergie électrique rejetterait sur le réseau sans boitier et pour une puissance solaire inférieure ou égale à la puissance maximale du premier moyen de production d'eau chaude. Le système développé permet d'augmenter l'auto-consommation d'une habitation par exemple.
  • Plus précisément, le système va permettre de chauffer l'eau contenue dans la cuve dudit premier moyen de production afin de pouvoir bénéficier d'eau chaude durant une certaine période de temps, dépendant de la capacité dudit premier moyen à maintenir la température de l'eau chaude. Ainsi, on peut considérer que ledit premier moyen de production d'eau chaude agit comme un élément de stockage d'eau chaude.
  • Avec ce système, l'utilisateur disposera d'eau chaude sanitaire à la température qu'il aura choisie au moment de son usage et tout au long de la journée.
  • De manière préférentielle, le boitier de contrôle est agencé pour utiliser l'électricité disponible qui est générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable afin de moduler le moyen de chauffe pour chauffer l'eau contenue dans ladite cuve jusqu'à atteindre une température maximale de l'eau préférentiellement comprise entre 65 et 95 °C. Suite à la modulation de puissance, le temps pour atteindre la température maximale dans ladite cuve variera en fonction de la production d'énergie renouvelable.
  • Ainsi, ledit premier moyen de production d'eau chaude peut jouer le rôle d'élément de stockage pour l'eau chaude qui pourra être fournie à souhait au cours de la journée.
  • L'énergie utilisée pour chauffer l'eau présente dans la cuve provient du moyen de production d'énergie électrique renouvelable qui fournit de l'électricité en fonction du degré d'ensoleillement. Autrement dit, l'électricité qui n'est pas directement utilisée par l'habitation va pouvoir être valorisée pour chauffer au maximum l'eau contenue dans la cuve afin qu'elle maintienne une température maximale qui dépendra de la quantité d'électricité générée au cours d'une journée d'ensoleillement.
  • De façon avantageuse, le boitier de contrôle permet de produire de l'eau chaude sanitaire grâce à la surproduction d'énergie générée par ledit moyen de production d'énergie électrique au cours du temps.
  • Le boitier de contrôle récolte les données du dispositif de mesure et ajuste préférentiellement la puissance de chauffe dudit premier moyen de production d'eau chaude sanitaire. Et, en fonction de la saison et/ou du besoin de l'utilisateur, le boitier de contrôle régule ledit premier moyen de production d'eau afin de pouvoir fournir de l'eau à la température souhaitée par l'utilisateur.
  • De préférence, le boitier de contrôle est agencé pour contrôler en permanence la puissance et/ou le courant à compenser dudit dispositif de mesure afin de maximiser l'autoconsommation de l'énergie produite par l'installation de production d'énergie électrique. De manière avantageuse, la puissance va dépendre du type de système, si celui-ci est monophasé ou triphasé. La puissance peut ainsi varier entre 0 et 7 kW pour un système triphasé ou entre 0 et 4 kW pour un monophasé.
  • De manière préférée, la sortie est agencée pour fournir de l'eau prête à l'usage à une température supérieure à celle fournie par ladite alimentation, de préférence comprise entre 30 C° et 95 C°.
  • Plus préférentiellement, le système selon l'invention comprend un deuxième moyen de production d'eau chaude, de préférence choisi dans le groupe comprenant une chaudière au gaz (avec ou sans réserve d'eau chaude), une chaudière à pellets, une pompe à chaleur, une chaudière à fuel, une chaudière électrique et leurs combinaisons.
  • Dans ce mode de réalisation, le boitier de contrôle permet une hybridation d'un système existant déjà muni dudit deuxième moyen de production d'eau chaude. Cette configuration est encore plus avantageuse avec au moins une vanne de mélange thermostatique qui va permettre de réaliser un mélange entre l'eau chaude provenant dudit premier moyen de production d'eau et l'eau chaude fournie par ledit deuxième moyen de production d'eau chaude.
  • Cela permet d'utiliser différents types d'équipements existants, par exemple chauffe-eau, vanne de mélange thermostatique, chaudière (gaz, à pellet, à fuel, pompe à chaleur, ...) en combinaison avec le boitier de contrôle pour fournir un système d'hybridation efficace.
  • Avantageusement, ledit deuxième moyen de production d'eau chaude est agencé pour ne pas nécessairement fonctionner à l'aide d'énergie solaire.
  • Plus avantageusement, ledit deuxième moyen de production est agencé pour fournir de l'eau chaude à une température supérieure ou égale à celle fournie à la sortie du système.
  • De préférence, le boitier de contrôle est équipé :
    • D'une mesure de tension et de courant afin de mesurer ce qui est consommé en énergie par ledit premier moyen de production d'eau chaude,
    • Éventuellement d'une mesure de la température à l'intérieur du boitier afin d'évaluer la température de l'environnement dans lequel se trouve le chauffe-eau et vérifier que le boitier ne surchauffe pas,
    • D'une mesure de température pour évaluer la température de l'eau à l'intérieur dudit premier moyen de production,
    • D'un bouton permettant d'allumer et éteindre le boitier,
    • D'un bouton pour pairage Wifi / Bluetooth,
    • D'une antenne Wifi,
    • D'un bouton pour forcer le boitier à chauffer manuellement,
    • En monophasé, d'une prise male pour connecter le boitier au secteur, d'une prise femelle pour brancher le chauffe-eau,
    • D'un système de refroidissement par ailette / conduction,
    • De voyants lumineux permettant de visualiser la puissance de chauffe du boitier,
    • De voyants lumineux permettant de visualiser la température de l'eau dans ledit premier moyen de production d'eau chaude,
    • D'écrans permettant de visualiser et contrôler le boitier via smartphone et / ou ordinateur.
  • Selon un mode de réalisation préféré, ledit boitier de contrôle est agencé pour :
    • Collecter des données de tension, puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi, et/ou
    • Mesurer la température de l'eau au sein de ladite cuve dudit premier moyen de production, et/ou
    • Lorsque la température de l'eau au sein de ladite cuve dudit premier moyen de production est inférieure à une température prédéfinie, activer ledit moyen de chauffe à une puissance suffisante afin d'augmenter la température de l'eau, au moyen de l'électricité produite par ledit moyen de production d'énergie électrique.
    • Mesurer la température au sein dudit boitier et / ou au sein de la pièce dans laquelle est installée le boitier.
  • Ainsi, ledit boitier de contrôle est agencé pour activer ledit moyen de chauffe à une puissance suffisante afin d'augmenter la température de l'eau. Cette température est préférentiellement ajustable en fonction des besoins de l'utilisateur.
  • Le boitier de contrôle permet de réguler un moyen de production d'eau chaude et comprend :
    • Un moyen de communication à un dispositif de mesure ou à un moyen de production d'énergie électrique renouvelable,
    • Un moyen de communication à une sonde thermique,
    • Un gradateur qui permet de moduler ledit moyen de chauffe en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable ou un convertisseur statique,
    • Un moyen de mesure de la consommation électrique du boitier de contrôle qui permet l'auto-régulation du boitier de telle manière que :
      • ∘ Si la consommation du boitier de contrôle est supérieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable, il se met en veille,
      • ∘ Si la consommation du boitier de contrôle est égale ou inférieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable, il module le moyen de chauffe.
  • Préférentiellement, le premier moyen de production d'eau chaude se rapporte à tout moyen qui contient une résistance électrique pour produire de l'eau chaude et est de préférence choisi dans le groupe comprenant un ballon d'eau chaude à résistance électrique, un chauffe-eau thermodynamique équipé d'une résistance électrique.
  • Avantageusement, le système est agencé pour mélanger l'eau chaude produite par le premier moyen de production d'eau chaude avec l'eau provenant de l'alimentation d'eau et/ou l'eau provenant dudit deuxième moyen de production d'eau chaude qui présente de préférence une température prédéterminée, supérieure ou égale à la température de l'eau en sortie du système.
  • Le système selon l'invention comprend de manière préférée une vanne de mélange (thermostatique), de préférence au moins deux vannes de mélange (thermostatiques), agencée pour recevoir l'eau produite par lesdits premier et deuxième moyens de production d'eau et/ou l'eau provenant du réseau de distribution.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, ledit moyen de production d'énergie électrique renouvelable est choisi dans le groupe comprenant une installation éolienne, une installation hydroélectrique, une installation photovoltaïque et leurs combinaisons.
  • Avantageusement, le système selon la présente invention comprend une sonde thermique située en sortie de ladite cuve dudit premier moyen de production ou à l'intérieur dudit premier moyen et étant reliée audit boitier de contrôle.
  • Plus avantageusement encore, ledit dispositif de mesure est un compteur intelligent.
  • Ledit boitier de contrôle active, avantageusement, un cycle de chauffe afin d'atteindre une température maximale au sein de ladite cuve dudit premier moyen afin d'éviter la formation de charge biologique au sein de ladite cuve, de préférence après au moins un nombre de jours durant lequel la température maximale de l'eau n'a pas été atteinte dans la cuve.
  • De préférence, lorsque la tension de phase du moyen de production d'énergie électrique dépasse une valeur seuil, ledit boitier de contrôle ajuste la modulation de puissance dudit boitier de contrôle afin d'éviter que l'installation de production électrique ne se mette en sécurité suite à une surtension sur le réseau électrique.
  • Plus préférentiellement, ledit premier moyen de production est agencé pour fournir de l'eau chaude, de préférence à une température comprise entre 5 et 95°C, de préférence entre 30 et 65 °C.
  • De manière avantageuse, ledit premier moyen de production d'eau chaude fournit de l'eau chaude à :
    • maximum 38 - 95°C dépendant de l'ensoleillement / de la puissance à compenser (ainsi que de la température maximale acceptée par ledit premier moyen de production), et
    • minimum 5 - 38 °C, dépendant de ce que l'utilisateur à réglé et de la température de l'eau issue du réseau de distribution.
  • Avantageusement, ledit deuxième moyen de production d'eau chaude est agencé pour fournir de l'eau chaude à une température supérieure ou égale à celle fournie à la sortie du système, de préférence comprise entre 5 °C et 95 °C, de préférence entre 30 et 70 °C.
  • D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention ressortiront de la description fournie ci-après et des revendications correspondantes.
  • La présente invention se rapporte aussi à un boitier de contrôle pour réguler un moyen de production d'eau chaude.
  • Le boitier de contrôle comprend :
    • Un moyen de communication connecté à un dispositif de mesure relié à un réseau de distribution électrique (3) et étant agencé pour quantifier la consommation d'énergie d'une installation électrique et/ou de gaz pour un bâtiment domestique ou industriel ou à un moyen de production d'énergie électrique renouvelable,
    • Un moyen de communication à une sonde thermique,
    • Un gradateur qui permet de moduler ledit moyen de chauffe en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable ou un convertisseur statique,
    • Un moyen de mesure de la consommation électrique du boitier de contrôle qui permet l'auto-régulation du boitier de telle manière que :
      • ∘ Si la consommation du boitier de contrôle est supérieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable, il se met en veille,
      • ∘ Si la consommation du boitier de contrôle est égale ou inférieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable, il module le moyen de chauffe.
  • Le boitier de contrôle (4) permet de collecter des données de tension, puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi.
  • Préférentiellement, ces données sont collectées après avoir été générées par un dispositif de mesure (2). De manière alternative, le boitier de contrôle (4) est capable de générer et de traiter ces données.
  • Additionnellement, le boitier de contrôle (4) permet de moduler un moyen de chauffe (7) en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9).
  • Plus préférentiellement, il module le moyen de chauffe (7) en fonction des données collectées (puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi) afin de maximiser l'autoconsommation. De cette manière, le boitier de contrôle (4) permet de contrôler en permanence la puissance et/ou le courant à compenser provenant dudit dispositif de mesure (2) afin de maximiser l'autoconsommation de l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9).
  • Durant les périodes où l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) est importante (en été par exemple), le boîtier de contrôle (4) redirige au maximum cette énergie vers le moyen de chauffe (7), qui peut servir par exemple à chauffer de l'eau (8) dans une cuve (6). Cette cuve (6) agit ainsi comme un accumulateur de l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9). Grâce à cet agencement, le boîtier de contrôle (4) permet ainsi avantageusement de produire de l'eau chaude prête à l'usage (13) grâce la surproduction d'énergie électrique renouvelable, plus spécifiquement d'énergie photovoltaïque si le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) comprend des panneaux solaires. Dans les phases de surproduction d'énergie du moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), cela peut provoquer l'activation de système de sécurité tel que le décrochage des onduleurs soumis à une surtension, arrêtant de facto la fourniture d'énergie renouvelable. Le boitier de contrôle (4) permet de limiter les phénomènes de décrochage d'onduleur en dirigeant au maximum l'énergie vers le moyen de chauffe (7). Cela permet ainsi de limiter les surtensions et de réduire la perte d'énergie renouvelable.
  • Avantageusement, le boitier de contrôle (4) permet d'utiliser l'électricité disponible qui est générée par le moyen de production d'énergie électrique (9) afin de moduler le moyen de chauffe (7) pour chauffer l'eau (8) contenue dans ladite cuve (6) jusqu'à atteindre une température maximale de l'eau. Et lorsque cela est nécessaire, moduler le moyen de chauffe (7) afin de pouvoir maintenir une température maximale au sein de la cuve (6) et permettre de fournir de l'eau chaude à la température souhaitée.
  • Plus avantageusement, le boitier de contrôle (4) permet une hybridation d'un système existant qui est déjà muni d'un deuxième moyen de production d'eau chaude (14). Cette configuration est avantageuse car la vanne de mélange thermostatique (17, 18) permet de réaliser un mélange en maximisant l'utilisation de l'eau chaude (16) provenant dudit premier moyen de production d'eau chaude (5) tout en minimisant l'eau chaude (15) issue dudit deuxième moyen de production d'eau chaude (14), préférentiellement le deuxième moyen de production d'eau chaude (14) est un moyen de production d'eau chaude classique (chaudière au gaz, une chaudière à pellets, une pompe à chaleur, une chaudière à fuel, une chaudière électrique et leurs combinaisons). Cet agencement permet de disposer de manière continue d'une eau chaude prête à l'usage (13) en dépit des variations de production d'énergie électrique renouvelable tout en diminuant au maximum l'utilisation de moyens de production d'eau chaude conventionnels consommant de l'énergie fossile ou de l'électricité du réseau de distribution électrique (3) coûteuse. Avantageusement, cela permet de déployer facilement le système (1) selon la présente invention, notamment le boitier de contrôle (4), car la quasi-totalité des infrastructures disposent déjà de systèmes de production d'eau chaude conventionnels. Il n'est donc pas nécessaire de désinstaller les dispositifs existants pour les remplacer par le dispositif selon la présente invention. Ceci est donc beaucoup moins dissuasif pour les consommateurs et cela diminue sensiblement les coûts d'installation.
  • Selon un mode préféré, le boitier de contrôle (4) permet de mesurer la température de l'eau (8) au sein ou en sortie de ladite cuve (6) dudit premier moyen de production d'eau chaude (5), et/ou lorsque la température de l'eau au sein ou en sortie de ladite cuve (6) dudit premier moyen de production d'eau chaude (5) est inférieure à une température prédéfinie, moduler ledit moyen de chauffe (7) à une puissance suffisante afin d'augmenter la température de l'eau de cuve (8) au moyen de l'électricité produite par ledit moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9). Le boitier est préférentiellement muni ou connecté à une sonde thermique (19) qui permet d'évaluer si l'eau du chauffe-eau est encore suffisamment chaude et ainsi relancer un cycle de chauffe au besoin pour le confort de l'utilisateur afin qu'il dispose d'eau chaude prête à l'usage (13) à tout instant. Préférentiellement, cette sonde thermique (19) est utilisée si le boitier de contrôle (4) est utilisé sans autre source de production d'eau chaude ou dans le cas où la source de chauffage conventionnelle (14) est éteinte ou indisponible.
  • Préférentiellement, le boitier de contrôle (4) comprend un moyen de mesure de la consommation électrique du boitier de contrôle (4) qui permet l'autorégulation du boitier (4) de telle manière que si la consommation du boitier de contrôle (4) est supérieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), il se met en veille. En effet, dans les phases de basse production d'énergie renouvelable, cela permet d'éviter que le système (1) ne consomme de l'énergie du réseau de distribution, augmentant ainsi la facture d'électricité par rapport aux systèmes de production d'eau chaude conventionnels. Le boitier de contrôle (4) module en continu la puissance de chauffe (7) dans une proportion égale ou inférieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) non consommée par l'installation électrique domestique (23). Cela permet d'optimiser au maximum la consommation d'énergie.
  • Préférentiellement le boitier de contrôle (4) comprend un gradateur qui permet de moduler ledit moyen de chauffe (7) en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) ou un convertisseur statique. Cette dernière option permet d'utiliser un convertisseur AC-AC qui modifie l'amplitude du signal (50 Hz) mais dont la résultante reste une sinusoïde.
  • De manière préférée, le convertisseur statique permet aussi de moduler ledit moyen de chauffe en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable
  • D'autres caractéristiques et avantages du boitier de contrôle selon l'invention ressortiront de la description fournie ci-après et des revendications correspondantes.
  • La présente invention permet avantageusement de maximiser l'utilisation de l'énergie électrique renouvelable produite par l'installation existante au moment de sa production ayant pour conséquence finale de diminuer la consommation d'énergie non renouvelable de l'installation de production d'eau chaude existante.
  • La présente invention est un moyen efficient qui permet de diminuer la consommation d'énergie fossile tout en faisant une économie pour un investissement raisonnable.
  • Un des avantages de la présente invention est qu'il permet de transformer un système de production d'eau chaude conventionnel en système de production d'eau chaude renouvelable sans obligatoirement remplacer le moyen principal de production.
  • L'expression « compteur intelligent » ou « compteur communiquant » vise un dispositif de mesure de la consommation d'énergie électrique et/ou de gaz dans un logement.
  • Dans le cadre de la présente invention, le système fourni permet l'hybridation avec un système existant ce qui est particulièrement avantageux.
  • De plus, le système s'adapte à tous les types installations existantes suivant plusieurs modes de réalisations illustrés ci-après. Le système avec son boitier performant permet selon le mode de réalisation choisi :
    • de contrer le décrochage et offre une sanitisation ;
    • fonctionne avec un calendrier hebdomadaire ;
    • une gestion du tarif capacitaire ;
    • de gérer plusieurs boitiers en même temps et de répartir la puissance solaire disponibles entre les différents boitiers de chauffe ;
    • une gestion / un contrôle d'un circulateur pour une architecture dans laquelle la résistance est à l'extérieur de la cuve ;
    • de chauffer une pièce à l'aide d'un chauffage électrique ou rayonnant. Ce cas de figure permet de rester dans un plage de température définie.
    • La figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du système selon la présente invention.
    • La figure 2 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation du système selon la présente invention.
    • La figure 3 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation du système selon la présente invention.
    • La figure 4 est une vue schématique d'un quatrième mode de réalisation du système selon la présente invention.
    • La figure 5 est une vue schématique d'un cinquième mode de réalisation du système selon la présente invention.
    • La figure 6 illustre un système similaire à celui illustré à la figure 3, excepté que la résistance est en dehors de la cuve et qu'un circulateur est présent.
  • Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
  • Les références de chaque élément repris dans la présente invention sont les suivants :
    • Système (1) pour réguler un moyen de production d'eau chaude
    • Un dispositif de mesure (2)
    • Un réseau de distribution électrique (3)
    • Un boitier de contrôle (4)
    • Un premier moyen de production d'eau chaude (5)
    • Une cuve (6)
    • Un moyen de chauffe, résistance électrique (7)
    • Eau de cuve (8)
    • Moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9)
    • Une alimentation d'eau (10)
    • Un réseau de distribution d'eau froide (11)
    • Une sortie (12)
    • Eau prête à l'usage (13)
    • Deuxième moyen de production d'eau chaude (14)
    • Eau chaude issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15)
    • Eau chaude issue du premier moyen de production d'eau chaude (16)
    • Vanne de mélange (17)
    • Deuxième vanne de mélange (18)
    • Sonde thermique (19)
    • Deuxième moyen de chauffe (20) pour le premier moyen de production d'eau chaude
    • Eau contenue dans le deuxième moyen de production d'eau chaude (21)
    • Tableau général de distribution électrique (22)
    • Installation domestique ou industrielle (23)
    • Remontée d'information vers le boitier de contrôle (24)
    • Circulateur (25)
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront tirés de la description non limitative qui suit, et en faisant référence aux dessins et aux exemples.
  • Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
  • Le système (1) pour réguler un moyen de production d'eau chaude selon la présente invention comprend un dispositif de mesure (2) relié à un réseau de distribution électrique (3), un boitier de contrôle (4), un premier moyen de production d'eau chaude (5), une cuve (6) qui inclut un moyen de chauffe (7) pour chauffer de l'eau de cuve (8), un moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), une alimentation d'eau (10) reliée à un réseau de distribution d'eau froide (11), une sortie (12) agencée pour fournir de l'eau prête à l'usage (13).
  • Le dispositif de mesure (2) permet de connecter le réseau de distribution électrique (3) au réseau électrique dit domestique. Il permet notamment de mesurer la quantité d'électricité (en kWh) utilisée sur le réseau électrique domestique d'un lieu donné, par exemple une maison, un bâtiment ou un lieu industriel, pour une période donnée. Celui-ci permet également de déterminer la quantité d'électricité qui est injectée sur le réseau, à savoir l'électricité générée qui n'a pas pu être consommée par l'habitation. Plus spécifiquement, dans le cadre de notre invention, il permet de mesurer la consommation électrique du système (1) pour réguler un moyen de production d'eau chaude. Dans le cas où le réseau domestique comprend un moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) comme des panneaux solaires, une éolienne, etc. Le dispositif de mesure (2) est connecté à celui-ci via le tableau général de distribution (22) et permet de mesurer la quantité d'énergie totale consommée par l'installation électrique (23) ou rejetée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) domestique. Enfin, le dispositif de mesure (2) permet de générer une pluralité d'informations telles que des données de tension, puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi qui peuvent par exemple être utilisées par un boitier de contrôle (4). Le dispositif de mesure (2) peut être un compteur électromécanique, électronique, communicant ou intelligent, bidirectionnel etc. Préférentiellement, le dispositif de mesure (2) est un compteur bidirectionnel afin à la fois de mesurer l'électricité consommée depuis le réseau de distribution électrique (3) et l'électricité renvoyée sur le réseau de distribution (3). Préférentiellement, le dispositif de mesure (2) est un compteur intelligent.
  • Comme illustré aux figures 1 à 5 , le dispositif de mesure (2) est préférentiellement positionné entre le réseau de distribution électrique (3) et le tableau général de distribution électrique (22) de telle manière à pouvoir collecter un certain nombre de données provenant de l'installation électrique (23). Ce dernier est en outre préférentiellement connecté à un moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) de telle manière à mesurer l'énergie produite par celui-ci. Ainsi, le boitier de contrôle (4) peut utiliser l'électricité générée en surplus pour réaliser l'invention. Cette configuration permet d'alimenter le système (1) avec le surplus d'énergie électrique renouvelable produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) et non consommée par l'installation électrique (23). Le dispositif de mesure (2) peut être connecté au boitier de contrôle (4) via une connexion (24) filaire ou sans fil, par exemple une connexion Wi-Fi, Bluetooth, réseau mobile (3G, 4G, 5G), etc.
  • La figure 6 comprend les mêmes éléments que ceux énoncés ci-avant pour les figures 1 à 5, excepté que le moyen de chauffe, la résistance (7), se situe en dehors du premier moyen de production d'eau chaude (5). Aussi, un circulateur (25) est également présent dans cette configuration.
  • Le boitier de contrôle (4) permet de collecter des données de tension, puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi. Préférentiellement, ces données sont collectées après avoir été générées par un dispositif de mesure (2). De manière alternative, le boitier de contrôle (4) est capable de générer et de traiter ces données. Additionnellement, le boitier de contrôle (4) permet de moduler un moyen de chauffe (7) en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9). Préférentiellement, il module le moyen de chauffe (7) en fonction des données collectées (puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi) cela afin de maximiser l'autoconsommation. De cette manière, le boitier de contrôle (4) permet de contrôler en permanence la puissance et/ou le courant à compenser provenant dudit dispositif de mesure (2) afin de maximiser l'autoconsommation de l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9).
  • Durant les périodes où l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) est importante (en été par exemple), le boîtier de contrôle (4) redirige au maximum cette énergie vers le moyen de chauffe (7), qui peut servir par exemple à chauffer de l'eau (8) dans une cuve (6). Cette cuve (6) agit ainsi comme un accumulateur de l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9). Grâce à cet agencement, le boîtier de contrôle (4) permet ainsi avantageusement de produire de l'eau chaude prête à l'usage (13) grâce la surproduction d'énergie électrique renouvelable, plus spécifiquement d'énergie photovoltaïque si le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) comprend des panneaux solaires. Dans les phases de surproduction d'énergie du moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), cela peut provoquer l'activation de système de sécurité tel que le décrochage des onduleurs soumis à une surtension, arrêtant de facto la fourniture d'énergie renouvelable. Cette énergie est gaspillée et n'est ni renvoyée sur le réseau de distribution électrique (3) ni utilisée sur le réseau domestique, pour chauffer de l'eau d'un moyen de production d'eau chaude par exemple. Le boitier de contrôle (4) permet de limiter les phénomènes de décrochage d'onduleur en dirigeant au maximum l'énergie vers le moyen de chauffe (7). Cela permet ainsi de limiter les surtensions et de facto diminuer l'énergie renouvelable perdue.
  • Préférentiellement, le boitier de contrôle (4) permet d'utiliser l'électricité disponible qui est générée par le moyen de production d'énergie électrique (9) afin de moduler le moyen de chauffe (7) pour chauffer l'eau (8) contenue dans ladite cuve (6) jusqu'à atteindre une température maximale de l'eau. Et lorsque cela est nécessaire, module le moyen de chauffe (7) afin de pouvoir maintenir une température maximale au sein de la cuve (6) et permettre de fournir de l'eau chaude à la température souhaitée.
  • Avantageusement, le boitier de contrôle (4) permet une hybridation d'un système existant qui est déjà muni d'un deuxième moyen de production d'eau chaude (14). Cette configuration est avantageuse car la vanne de mélange thermostatique (17, 18) permet de réaliser un mélange en maximisant l'utilisation de l'eau chaude (16) provenant dudit premier moyen de production d'eau chaude (5) tout en minimisant l'eau chaude (15) issue dudit deuxième moyen de production d'eau chaude (14), préférentiellement le deuxième moyen de production d'eau chaude (14) est un moyen de production d'eau chaude classique (chaudière au gaz, une chaudière à pellets, une pompe à chaleur, une chaudière à fuel, une chaudière électrique et leurs combinaisons). Cet agencement permet de disposer de manière continue d'une eau chaude prête à l'usage (13) en dépit des variations de production d'énergie électrique renouvelable tout en diminuant au maximum l'utilisation de moyens de production d'eau chaude conventionnels consommant de l'énergie fossile ou de l'électricité du réseau de distribution électrique (3) coûteuse. Avantageusement, cela permet de déployer facilement le système (1) selon la présente invention, notamment le boitier de contrôle (4), car la quasi-totalité des infrastructures disposent déjà de systèmes de production d'eau chaude conventionnels. Il n'est donc pas nécessaire de désinstaller les dispositifs existants pour les remplacer par le dispositif selon la présente invention. Ceci est donc beaucoup moins dissuasif pour les consommateurs et cela diminue sensiblement les coûts d'installation.
  • Alternativement, le boitier de contrôle (4) selon la présente invention peut être hybridé à plus de deux moyens de production d'eau chaude. Alternativement le boitier de contrôle (4) selon la présente invention peut être hybridé à plus d'un moyen de production d'énergie électrique renouvelable.
  • Préférentiellement, le boitier de contrôle (4) permet de mesurer la température de l'eau (8) au sein ou en sortie de ladite cuve (6) dudit premier moyen de production d'eau chaude (5), et/ou lorsque la température de l'eau au sein ou en sortie de ladite cuve (6) dudit premier moyen de production d'eau chaude (5) est inférieure à une température prédéfinie, moduler ledit moyen de chauffe (7) à une puissance suffisante afin d'augmenter la température de l'eau de cuve (8) au moyen de l'électricité produite par ledit moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9). Le boitier est préférentiellement muni ou connecté à une sonde thermique (19) qui permet d'évaluer si l'eau du chauffe-eau est encore suffisamment chaude et ainsi relancer un cycle de chauffe au besoin pour le confort de l'utilisateur afin qu'il dispose d'eau chaude prête à l'usage (13) à tout instant. Préférentiellement, cette sonde thermique (19) est utilisée si le boitier de contrôle (4) est utilisé sans autre source de production d'eau chaude ou dans le cas où la source de chauffage conventionnelle (14) est éteinte ou indisponible.
  • Préférentiellement, le boitier de contrôle (4) comprend un moyen de mesure de la consommation électrique du boitier de contrôle (4) qui permet l'autorégulation du boitier (4) de telle manière que si la consommation du boitier de contrôle (4) est supérieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), il se met en veille. En effet, dans les phases de basse production d'énergie renouvelable, cela permet d'éviter que le système (1) ne consomme de l'énergie du réseau de distribution, augmentant ainsi la facture d'électricité par rapport aux systèmes de production d'eau chaude conventionnels. Le boitier de contrôle (4) module en continu la puissance de chauffe (7) dans une proportion égale ou inférieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) non consommée par l'installation électrique domestique (23). Cela permet d'optimiser au maximum la consommation d'énergie.
  • Préférentiellement le boitier de contrôle (4) comprend un gradateur qui permet de moduler ledit moyen de chauffe (7) en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) ou un convertisseur statique.
  • Comme illustré aux figures 1 à 6 , le boitier de contrôle (4) est connecté au dispositif de mesure (2) et à un moyen de chauffe (7), permettant de chauffer l'eau (8) dans une cuve (6) et formant ainsi le premier moyen de production d'eau chaude (5). Cette configuration permet de facilement convertir un chauffe-eau conventionnel en une version solaire ou partiellement solaire. En option, le boitier de contrôle (4) peut être relié à une sonde thermique (19) mesurant soit la température de l'eau (8) à l'intérieur de la cuve (6), soit à sa sortie, ou même celle d'une paroi de la cuve (6). Grâce à cette sonde thermique (19), le boitier de contrôle (4) ajuste le moyen de chauffe (7) en fonction de la température détectée. On peut ainsi définir une température d'eau de cuve (8) minimale ou/et maximale, notamment pour prévenir toute croissance microbienne dans la cuve (6) ou pour assurer une disponibilité constante en eau chaude.
  • La figure 6 comprend les mêmes éléments que ceux énoncés ci-avant pour les figures 1 à 5 , excepté que le moyen de chauffe, la résistance (7), se situe en dehors du premier moyen de production d'eau chaude (5). Aussi, un circulateur (25) est également présent dans cette configuration.
  • Comme illustré à la figure 1 , La cuve (6) du premier moyen de production d'eau chaude (5) peut être alimentée par une alimentation d'eau (10) connectée au réseau de distribution d'eau froide (11). Ensuite, le boitier de contrôle (4) est agencé pour utiliser l'électricité disponible qui est générée par l'installation de panneaux photovoltaïques afin de moduler le moyen de chauffe (7) pour chauffer l'eau (8) contenue dans ladite cuve (6), de préférence jusqu'à atteindre une température maximale de l'eau. Et, si la sonde thermique (19) indique que l'eau de cuve (8) est en dessous d'une température prédéfinie, le boitier de contrôle (4) module une nouvelle fois le moyen de chauffe (7) pour atteindre une température cible, qu'elle soit minimale ou maximale vers la sortie (12). L'eau chaude est ainsi prête à l'usage (13).
    • (A) Période de forte production d'énergie renouvelables
  • Si la quantité d'électricité produite par l'installation de panneaux photovoltaïques est suffisante au long de la journée (par exemple en été). Le boitier de contrôle (4) redirige le surplus d'électricité généré par l'installation de panneaux solaires (9) afin de moduler lorsque cela est nécessaire la puissance de chauffe de la résistance électrique (7) contenue dans le chauffe-eau (5). Dans ce mode de réalisation, l'électricité générée par l'installation de panneaux solaires (9) permet d'optimiser l'autoconsommation.
  • Par exemple, avec un objectif de température de l'eau prête à l'usage (13) en sortie (12) du système (1) à 55 °C, voire 65 °C, la quantité d'énergie électrique renouvelable produite est suffisante que pour couvrir la totalité des besoins journaliers. Cependant si toute la réserve d'eau chaude est malgré tout utilisée, le boitier de contrôle (4), via la sonde thermique (19) détecte que l'eau est froide (par exemple <30C°) ou tiède (par exemple <35C°) et module alors la puissance de chauffe de la résistance électrique (7) jusqu'à atteindre une eau chaude (par exemple ≥45C°) dans le chauffe-eau, voire une eau brûlante (par exemple ≥55C°) pour maximiser l'autoconsommation de l'énergie électrique renouvelable tout en garantissant le confort de l'utilisateur.
    • (B) Période de faible production d'énergies renouvelables
  • Si la production d'énergie renouvelable n'est pas suffisante (par exemple en période hivernale) pour alimenter le boitier de contrôle (4) et le premier moyen de production d'eau chaude (5), ou si l'eau (8) de la cuve (6) n'atteint pas la température nécessaire pour avoir de l'eau chaude prête à l'usage (13), le boitier de contrôle (4) identifie ce déficit. Il compense ainsi ce déficit en utilisant l'énergie du réseau de distribution électrique (3) pour moduler le moyen de chauffe (7). Cela permet en toute circonstance à l'utilisateur de disposer d'eau chaude prête à l'usage (13).
  • Par exemple, Si le boitier de contrôle (4) détecte que l'eau de cuve (8) est froide (par exemple <30C°) ou tiède (par exemple <35C°) et que les prévisions d'ensoleillement pour la journée à venir ne sont pas suffisantes, le boitier de contrôle (4) module la puissance du moyen de chauffe (7) de telle manière que l'eau prête à l'usage (13) soit chaude pour le confort de l'utilisateur (par exemple ≥ 45C°), même si cela nécessite d'utiliser de l'énergie du réseau de distribution électrique (3).
  • Ainsi, sur une période annuelle, le système selon l'invention reste compétitif sur le marché et permet globalement une optimisation de l'autoconsommation, ce qui reste particulièrement avantageux pour le consommateur.
  • Comme illustré à la figure 2 , le système (1) comprend alternativement un deuxième moyen de production d'eau chaude (14) qui est un moyen de production d'eau chaude conventionnel, par exemple une chaudière à gaz. Le deuxième moyen de production d'eau chaude (14) est lui aussi alimenté en eau froide par le réseau de distribution d'eau froide (11) et permet de fournir une eau chaude (15) provenant de celui-ci. Dans cette configuration le boitier de contrôle (4) peut être connecté à une vanne de mélange (17) permettant de mélanger l'eau chaude issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) à l'eau chaude issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15). Le mélange opéré par la vanne de mélange (17) permet de fournir une eau prête à l'usage (13) via la sortie (12). L'eau issue du deuxième moyen d'eau chaude (15) est standardisée, par exemple 55°C, voire 60°C. La température de l'eau (15) du deuxième moyen de production d'eau chaude (14) peut être réglée, par exemple en fonction des saisons ou des besoins.
    • (A) Période de forte production d'énergie renouvelables
  • Ce mode peut être observé en été par exemple. Ainsi, lorsque l'eau chaude (16) issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) est à une température égale ou supérieure à l'eau prête à l'usage (13) en sortie du système (12), la vanne de mélange (17) utilisera uniquement l'eau provenant du premier moyen de production d'eau chaude (16) afin que l'eau en sortie (12) du système (1) soit l'eau issue du premier moyen d'eau chaude (16). Ceci permet de ne pas utiliser l'eau issue du deuxième moyen d'eau chaude (15). Cela permet ainsi d'avoir une eau prête à usage (13) essentiellement produite par énergie renouvelable. Alternativement, la vanne de mélange (17) permet de mélanger l'eau issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) et l'eau issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15), de telle manière à ajuster la température en sortie (12) du système et/ou de manière à diminuer la quantité d'eau issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15) utilisée par le consommateur. Dans ce cas-là, l'eau prête à l'usage (13) en sortie du système (1) serait partiellement produite par énergie électrique renouvelable.
  • Par exemple, lorsque l'eau (16) issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) est chaude (par exemple ≥ 45C°) ou brulante (par exemple ≥ 55C°), la vanne de mélange (17) réglée pour produire de l'eau à minimum chaude (par exemple ≥ 45C°) va utiliser exclusivement l'eau provenant du premier moyen de production d'eau chaude (5). Au fur et à mesure que l'eau chaude est utilisée, la température de l'eau issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) va diminuer jusqu'à passer sous la température de consigne (par exemple ≥ 45C°) de la vanne de mélange (17). À partir de ce moment, la vanne de mélange (17) va adjoindre de l'eau provenant du deuxième moyen de production (14) lui-même réglé pour fournir de l'eau à une température constante (par exemple = 55°C). Au plus la température d'eau du premier moyen de production d'eau chaude (5) diminuera, au plus l'adjonction d'eau chaude provenant du deuxième moyen de production d'eau chaude (14) augmentera.
    • (B) Période de faible production d'énergies renouvelables
  • Si la production d'énergie renouvelable n'est pas suffisante pour alimenter le boitier de contrôle (4) et le premier moyen de production d'eau chaude (5), ou si l'eau de cuve (8) n'atteint pas la température nécessaire pour avoir de l'eau chaude prête à l'usage (13), l'eau chaude issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) est à température inférieure à l'eau prête à l'usage (13) en sortie du système (12). La vanne de mélange (17) ajuste le mélange d'eau issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) avec l'eau issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15) pour fournir une eau chaude prête à l'usage (13).
  • Préférentiellement, si la production d'énergie renouvelable n'est pas suffisante pour faire chauffer l'eau de cuve (8), la vanne de mélange (17) va utiliser l'eau provenant du premier moyen de production d'eau chaude (5) et adjoindre de l'eau provenant du deuxième moyen de production (14) de manière à atteindre la température réglée sur la vanne de mélange (17). De cette manière, le système de production d'eau chaude (1) maximise à tout moment l'utilisation d'eau chaude provenant du premier système de production d'eau chaude (5).
  • Par exemple, lorsque la production d'énergie renouvelable du moyen de production (9) n'est pas suffisante voire inexistante pour assurer les besoins nécessaires pour produire de l'eau chaude prête à l'usage (13), l'eau (16) issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) est froide (par exemple <30C°) voire très froide. La vanne de mélange (17) permet de faire en sorte que l'eau chaude prête à l'usage (13) soit l'eau (15) issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (14) qui est par exemple chaude (par exemple ≥ 55C°), voire brûlante (par exemple ≥ 60C°). Alternativement, afin de produire une eau prête à l'usage (13) chaude (par exemple ≥ 45C°), si l'eau (15) est brûlante (par exemple ≥ 60C°), la vanne de mélange (17) permet d'utiliser de l'eau brulante (15) (par exemple 60 C°) issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (14) et un peu d'eau (16) froide (par exemple <30C°) voire très froide issue du premier moyen de production d'eau chaude (5).
  • Par exemple, lorsque la production d'énergie renouvelable du moyen de production (9) permet de combler une partie des besoins nécessaires pour produire de l'eau chaude, l'eau (16) issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) est tiède (par exemple 35C°). La vanne de mélange (17) permet de mélanger beaucoup d'eau (16) issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) tiède (par exemple 35C°) avec un peu d'eau (15) chaude (par exemple ≥ 55C°), voire brûlante (par exemple ≥ 60C°) issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (14) pour produire de l'eau chaude (par exemple 45C°).
  • Comme illustré à la figure 3 , alternativement, la cuve (6) du premier moyen de production d'eau chaude (5) fonctionne comme un chauffe-eau thermodynamique, une pompe à chaleur ou une chaudière et inclut ainsi un deuxième moyen de chauffe (20). Le boitier de contrôle (4) est préférentiellement connecté au premier moyen de chauffe (7).
  • Dans cette configuration, l'eau (8) de la cuve (6) peut également être chauffée par ce deuxième moyen de chauffe qui consiste en un échangeur de chaleur transportant un fluide chauffé à l'aide d'une pompe à chaleur ou d'une chaudière (20). Ce deuxième moyen de chauffe (20) permet de chauffer l'eau (8) en parallèle du premier moyen de chauffe (7).
  • Préférentiellement, la cuve (6) comprend une résistance électrique qui permet de compléter l'appoint d'énergie si l'air extérieur est trop froid / chaud pour le fonctionnement du chauffe-eau thermodynamique ou de la pompe à chaleur, ou si la chaudière ne fonctionne pas correctement ou si l'eau (8) de la cuve (6) n'a pas atteint une certaine température après une certaine période. Cela permet de toujours disposer d'une eau prête à l'usage (13) chaude. Cette configuration est également avantageuse car elle permet d'éviter l'installation d'une vanne de mélange (17, 18), d'un deuxième moyen de production d'eau chaude (14).
    • (A) Période de forte production d'énergie renouvelables
  • Si la production d'énergie renouvelable par ledit moyen (9) est suffisante pour alimenter le boitier de contrôle (4) et le premier moyen de production d'eau chaude (5), par exemple en cas de temps ensoleillé, le boitier de contrôle (4) redirige l'essentiel de cette production d'énergie vers le moyen de chauffe (7). De cette manière une eau chaude prête à l'usage (13) produite essentiellement par de l'énergie renouvelable s'écoule par la sortie (12) pour être utilisée par le consommateur.
    • (B) Période de faible production d'énergies renouvelables
  • Si la production d'énergie renouvelable n'est pas suffisante pour alimenter le boitier de contrôle (4) et le premier moyen de production d'eau chaude (5), ou si l'eau de la cuve (8) n'atteint pas la température nécessaire pour avoir de l'eau chaude prête à l'usage (13), le boitier de contrôle (4) identifie ce déficit. Il compense ainsi ce déficit en utilisant l'énergie du réseau de distribution électrique (3) pour moduler le premier moyen de chauffe (7). Cela permet en toute circonstance à l'utilisateur de disposer d'eau chaude prête à l'usage (13) avec une consommation d'énergie du réseau de distribution électrique (3) réduite.
  • Comme illustré à la figure 4 , alternativement, le premier moyen de production d'eau chaude (5) constitue la réserve d'eau chaude du deuxième moyen de production d'eau chaude (14).
  • Dans cette configuration, le deuxième moyen de production d'eau chaude fait recirculer l'eau contenue dans la cuve (6) afin de la réchauffer et maintenir à la température souhaitée.
  • Ce système de chauffe constitué d'une chaudière (14) et d'une cuve (6) sont ou peuvent être équipés d'une résistance de chauffe (7). Préférentiellement l'eau issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) se mélange avec l'eau (21) contenue dans le deuxième moyen de production d'eau chaude (14). Préférentiellement l'eau issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15) se mélange avec l'eau de cuve (8) du premier moyen de production d'eau chaude (5). L'eau prête à l'usage (13) s'écoule préférentiellement du premier moyen de production d'eau chaude (5) vers la sortie (12). Cette configuration permet d'hybrider un système existant à moindre cout et sans grande modification de manière à minimiser l'utilisation d'énergies fossiles ou d'électricité du réseau de distribution électrique (3).
    • (A) Période de forte production d'énergie renouvelables
  • Si la production d'énergie renouvelable par ledit moyen (9) est suffisante pour alimenter le boitier de contrôle (4) et le premier moyen de production d'eau chaude (5), par exemple en cas de temps ensoleillé, le boitier de contrôle (4) redirige l'essentiel de cette production d'énergie vers le moyen de chauffe (7) pour chauffer l'eau de cuve (8). De cette manière l'eau chaude (16) issue du premier moyen de production d'eau chaude (5) ne doit pas être réchauffée lors de son passage (21) au sein du deuxième moyen de production d'eau chaude (14) permettant ainsi de diminuer la consommation d'énergie du deuxième moyen de chauffe (21). L'eau ensuite s'écoule par la sortie (12) pour être utilisée par le consommateur. Alternativement, le deuxième moyen de production d'eau chaude (14) peut permettre de chauffer l'eau (21) à une température minimale, puis le moyen de chauffe (7) permet de compléter en continuant à chauffer l'eau issue du deuxième moyen de production d'eau chaude (15) préalablement chauffée. Par exemple, Le deuxième moyen de production d'eau chaude (14) peut être réglé pour fournir de l'eau chaude à 40C°. Le boitier de contrôle (4) permet de moduler le moyen de chauffe (7) de façon à permettre de chauffer l'eau de 40°C à 65C°. Cela permet de sensiblement diminuer la consommation d'énergie fossile et de fournir une eau partiellement chauffée avec de l'énergie renouvelable.
    • (B) Période de faible production d'énergies renouvelables
  • Si la production d'énergie renouvelable n'est pas suffisante pour alimenter le boitier de contrôle (4) et le premier moyen de production d'eau chaude (5), ou si l'eau (8) de la cuve (6) n'atteint pas la température nécessaire pour avoir de l'eau chaude prête à l'usage (13), l'eau chaude issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) est à température inférieure à l'eau prête à l'usage (13) en sortie du système (12) et elle est chauffée par le dit deuxième moyen de production d'eau chaude (14), et renvoyée vers le premier moyen de production d'eau chaude (5). L'eau maintenant chaude et prête à l'usage (13) peut être envoyée vers la sortie (12). Préférentiellement, le deuxième moyen de production d'eau chaude (14) réchauffera l'eau (15) en cas de déficit d'énergie renouvelable produite par le moyen (9) pour alimenter le moyen de chauffe (7).
  • Comme illustré à la figure 5 , alternativement, le mode de réalisation illustré à la figure 2 comprend une deuxième vanne de mélange (18). Cette vanne permet en outre l'adjonction d'eau froide du réseau de distribution (11) pour éviter des brûlures si l'eau s'écoulant en aval de la première vanne de mélange (17) est trop chaude.
  • Le premier moyen de production d'eau chaude (5) est conçu pour chauffer efficacement l'eau. Préférentiellement, il prend la forme d'un chauffe-eau comprenant une cuve (6) renfermant de l'eau de cuve (8) et d'un moyen de chauffe (7).
  • Comme illustré à la figure 6 , qui comprend les mêmes éléments repris à la figure 3, excepté que la résistance de chauffe (7) se situe en dehors du premier moyen de production d'eau chaude (5) et qu'un circulateur (25) est également présent dans cette configuration. Le fonctionnement est ainsi similaire à celui décrit à la figure 3.
  • Le premier moyen de production d'eau chaude 5 constitue la réserve d'eau chaude du deuxième moyen de production d'eau chaude (20).
  • Dans cette configuration illustrée à la figure 6, le deuxième moyen de production d'eau chaude (20) fonctionne afin de réchauffer et maintenir l'eau de la cuve (6) à la température souhaitée. La mesure de température (19) peut être déplacée au niveau du premier moyen de chauffe (7) afin que le boitier de contrôle (4) démarre et l'arrête le circulateur (25) de manière à optimiser la température de l'eau issue du premier moyen de chauffe (16).
  • Ce système de chauffe constitué d'un chauffe-eau thermodynamique, d'une pompe à chaleur, d'une chaudière (20) et d'une cuve (6) sont ou peuvent être équipés d'une résistance de chauffe (7) qui est située en dehors de la cuve (6). Préférentiellement l'eau issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) est prélevée sur l'eau prête à l'usage (13) afin d'être chauffée dans le premier moyen de production d'eau chaude constitué de la résistance de chauffe (7). Préférentiellement l'eau issue du premier moyen de production d'eau chaude (16) se mélange avec l'eau de cuve (8) chauffée par le deuxième moyen de production d'eau chaude (20). L'eau prête à l'usage (13) s'écoule de la cuve (6) vers la sortie (12). Cette configuration permet d'hybrider un système existant à moindre cout et sans grande modification de manière à minimiser l'utilisation d'énergies fossiles ou d'électricité du réseau de distribution électrique (3).
  • La présence de la résistance (7) en dehors de la cuve implique l'utilisation du circulateur (25) qui agit comme une pompe qui va permettre de faire circuler l'eau chaude lorsqu'elle atteint une certaine température en fonction des besoins de l'utilisateur.
  • Comme illustré aux figures 1 à 6 , ce premier moyen de production d'eau chaude (5) est positionné de manière à ce que sa consommation énergétique soit mesurée par le boitier de contrôle (4). Il est connecté au réseau de distribution électrique (3) et à un moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), via un tableau général de distribution électrique (23). Ce boitier de contrôle (4) gère le moyen de chauffe (7) pour chauffer l'eau (8) contenue dans la cuve (6) grâce à l'énergie du réseau de distribution électrique (3) et/ou moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9). De plus, une alimentation en eau (10) froide, reliée au réseau de distribution d'eau froide (11), approvisionne la cuve (6). Alternativement, comme illustré à la figure 4 , le premier moyen de production d'eau chaude (5) est alimenté avec de l'eau (15) provenant du deuxième moyen de production d'eau chaude (14). Cette eau est de préférence préchauffée par ce deuxième moyen de production d'eau chaude (14). Pour la distribution, une sortie d'eau (12) est prévue, par laquelle l'eau chaude prête à l'usage (13) s'écoule.
  • Alternativement, comme illustré à la figure 2 , une vanne de mélange (17) permet de mélanger l'eau (16) du premier moyen de production d'eau chaude (5) avec l'eau (15) du deuxième moyen de production d'eau chaude (14), fournissant ainsi de l'eau prête à l'usage (13). Alternativement, comme illustré à la figure 5 une deuxième vanne de mélange (18) est située entre la vanne de mélange (17) et la sortie (12), cette deuxième vanne de mélange (18) étant relié au réseau de distribution d'eau froide (11).
  • En outre, le premier moyen de production d'eau chaude (5) comprend une sonde thermique (19) mesurant la température de l'eau de cuve (8), à sa sortie de la cuve (6) ou à l'intérieur de celle-ci.
  • Alternativement, comme illustré à la figure 3 et à la figure 6 , le premier moyen de production d'eau chaude (5) comprend un deuxième moyen de chauffe (20) de l'eau de cuve (8).
  • Le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) permet d'alimenter le système (1) en énergie renouvelable, plus particulièrement un moyen de production d'eau chaude (5, 14), plus particulièrement un moyen de chauffe (7, 20) d'un moyen de production d'eau chaude. Il peut par exemple prendre la forme de panneaux photovoltaïques, un système solaire à concentration, une éolienne domestique, de l'hydroélectricité à petite échelle, un moyen de production d'énergie à partir de biomasse ou de biogaz, etc. Le moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) peut comprendre un ou plusieurs des exemples précités.

Claims (15)

  1. Système (1) pour réguler un moyen de production d'eau chaude comprenant :
    - Un dispositif de mesure (2) relié à un réseau de distribution électrique (3) et étant agencé pour quantifier la consommation d'énergie d'une installation électrique et/ou de gaz pour un bâtiment domestique ou industriel,
    - Un boitier de contrôle (4) connecté avec ou sans fil audit dispositif de mesure (2) et collectant des données générées par ledit dispositif de mesure (2),
    - Un premier moyen de production d'eau chaude (5), de préférence un chauffe-eau, qui présente :
    ∘ soit une cuve (6) qui inclut un moyen de chauffe (7) de préférence une résistance électrique, pour chauffer de l'eau (8) à une température donnée, ledit moyen de chauffe (7) étant connecté audit boitier de contrôle (4)
    ∘ soit une cuve (6) qui n'inclut pas un moyen de chauffe (7), de préférence une résistance électrique, ce dernier se situant en dehors dudit premier moyen de production d'eau chaude (5), ledit moyen de chauffe (7) et un circulateur (25) étant connectés audit boitier de contrôle (4),
    - Un moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9), de préférence une installation photovoltaïque, ledit moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) étant relié au réseau de distribution électrique (3) sur lequel est relié ledit dispositif de mesure (2),
    - Une alimentation d'eau (10) reliée à un réseau de distribution d'eau froide (11),
    - Une sortie (12) agencée pour fournir de l'eau prête à l'usage (13) à une température supérieure à celle fournie par ladite alimentation (10),
    caractérisé en ce que le boitier (4) est agencé pour utiliser l'électricité disponible qui est générée par le moyen de production d'énergie électrique (9) afin de moduler le moyen de chauffe (7) pour chauffer l'eau (8) contenue dans ladite cuve (6), de préférence jusqu'à atteindre une température maximale de l'eau.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel le boitier de contrôle (4) est agencé pour contrôler en permanence la puissance et/ou le courant à compenser dudit dispositif de mesure (2) afin de maximiser l'autoconsommation de l'énergie produite par le moyen de production d'énergie électrique (9).
  3. Système selon la revendication 1 ou 2, comprenant un deuxième moyen de production d'eau chaude (14), de préférence choisi dans le groupe comprenant une chaudière au gaz (avec ou sans réserve d'eau chaude ou ballon), une chaudière à pellets, une pompe à chaleur, une chaudière à fuel, une chaudière électrique et leurs combinaisons.
  4. Système selon la revendication 3, dans lequel ledit deuxième moyen de production d'eau chaude (14) est agencé pour ne pas nécessairement fonctionner à l'aide d'énergie solaire.
  5. Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit deuxième moyen de production (14) est agencé pour fournir de l'eau chaude (15) à une température supérieure ou égale à celle fournie à la sortie du système (13).
  6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit boitier de contrôle (4) est équipé d'une mesure de tension et de courant afin de mesurer ce qui est consommé en énergie par ledit premier moyen de production d'eau chaude (5).
  7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit boitier de contrôle (4) est agencé pour :
    - Collecter des données de tension, puissance, courant, pointe quart-horaire, index, données de prévision d'ensoleillement par wifi, et/ou
    - Mesurer la température de l'eau (8) au sein de ladite cuve (6) dudit premier moyen de production (5), et/ou
    - Lorsque la température de l'eau au sein de ladite cuve (6) dudit premier moyen de production (5) est inférieure à une température prédéfinie, activer ledit moyen de chauffe (7) à une puissance suffisante afin d'augmenter la température de l'eau (8) au moyen de l'électricité produite par ledit moyen de production d'énergie électrique (9).
  8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier moyen de production d'eau chaude (5) se rapporte à tout moyen qui contient une résistance électrique pour produire de l'eau chaude et est de préférence choisi dans le groupe comprenant un ballon d'eau chaude à résistance électrique, un chauffe-eau thermodynamique équipé d'une résistance électrique.
  9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système est agencé pour mélanger l'eau chaude (16) produite par le premier moyen de production d'eau chaude (5) avec l'eau provenant de l'alimentation d'eau (10) et/ou l'eau (15) provenant dudit deuxième moyen de production d'eau chaude (14) qui présente de préférence une température prédéterminée, supérieure ou égale à la température de l'eau en sortie du système (13).
  10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une vanne de mélange (17) (thermostatique), de préférence au moins deux vannes de mélange (17, 18) (thermostatiques), agencée pour recevoir l'eau produite par lesdits premier (5) et deuxième moyens (14) de production d'eau et/ou l'eau provenant du réseau de distribution (11).
  11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit moyen de production d'énergie électrique renouvelable (9) est choisi dans le groupe comprenant une installation éolienne, une installation hydroélectrique, une installation photovoltaïque et leurs combinaisons.
  12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une sonde thermique (19) située en sortie de ladite cuve dudit premier moyen de production (5) ou à l'intérieur dudit premier moyen (5) et étant reliée audit boitier de contrôle (4).
  13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit boitier de contrôle (4) active un cycle de chauffe afin d'atteindre une température maximale au sein de ladite cuve (6) dudit premier moyen (5) afin d'éviter la formation de charge biologique au sein de ladite cuve (6), de préférence après au moins un nombre de jours durant lequel la température maximale de l'eau n'a pas été atteinte dans la cuve.
  14. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lorsque la tension de phase dudit moyen de production d'énergie électrique (9) dépasse une valeur seuil, ledit boitier de contrôle (4) ajuste la modulation de puissance dudit boitier de contrôle (4) afin d'éviter que l'installation de production d'énergie renouvelable (9) ne se mette en sécurité suite à une surtension sur le réseau électrique.
  15. Boitier de contrôle qui permet de réguler un moyen de production d'eau chaude et comprenant :
    - Un moyen de communication (24) connecté à un dispositif de mesure (2) relié à un réseau de distribution électrique (3) et étant agencé pour quantifier la consommation d'énergie d'une installation électrique et/ou de gaz pour un bâtiment domestique ou industriel ou à un moyen de production d'énergie électrique renouvelable,
    - Un moyen de communication à une sonde thermique,
    - Un gradateur qui permet de moduler ledit moyen de chauffe en utilisant l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable ou un convertisseur statique,
    - Un moyen de mesure de la consommation électrique du boitier de contrôle qui permet l'auto-régulation du boitier de telle manière que :
    ∘ Si la consommation du boitier de contrôle est supérieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable, il se met en veille,
    ∘ Si la consommation du boitier de contrôle est égale ou inférieure à l'énergie générée par le moyen de production d'énergie électrique renouvelable, il module le moyen de chauffe.
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