0. Préambule
Cet article est un compte-rendu et ne prétend pas dire ce qui doit être fait. Imaginez que son rédacteur ne dispose d'aucune formation en électricité ou électronique. Vous devez être vigilant quant au fait que l'électricité tue et que le système utilise le 230 VAC. Si vous n'êtes pas sûr de ce que vous faites, passez votre chemin ou faites vous aider par une personne qualifiée ou compétente. L'association P'tiwatt partage des informations, elle ne vend pas et n'installe pas le Power Router chez vous. Cet article s'adresse à des bricoleurs curieux, libres, autonomes et responsables.
1. L'autoconsommation
Nous avons installé deux modules photovoltaïques d'une puissance crête de 600 Wc. Ils sont associés à deux micro-onduleurs. La puissance maximum unitaire est de 255 W. Au maximum, ils sont en capacité d'injecter une puissance de 510 W:
Nous avons également construit et installé une petite éolienne Piggott. Elle produit le jour, mais aussi la nuit. La puissance maximale de l'onduleur est de 500 W. Cette puissance s'ajoute à la puissance du champ de capteurs photovoltaïques. Donc au maximum, l'installation (PV + éolien) est capable de produire 1010 W (255 Wc + 255 Wc +500 W).
Si à l'instant t la puissance produite localement est de 500 W et qu'un grille pain nécessite 800 W, alors la puissance de 500 W sera couverte localement et les 300 W manquants seront fournis par le réseau électrique. La puissance souscrite sur le réseau est donc réduite.
A l'inverse, si à l'instant t nous ne consommons pas d'électricité, alors 800 W seront injectés sur le réseau électrique. Le contrat d'autoconsommation ne rémunère pas l'électricité injectée et ne nous incite pas à le faire. Nous avons donc intérêt à consommer ce surplus par exemple en chauffant de l'eau ou en déclenchant un appareil électrique (machine à laver ...).
Le schéma de principe suivant illustre la situation :
La partie verte est soustraite de la consommation tandis que la partie bleue est injectée sur le réseau.
Le taux d'autoconsommation représente le rapport entre la surface verte et la surface bleue+verte.
Le taux d'autoproduction représente le rapport entre la surface verte et la surface grise+verte.
Plus on installe de capteurs photovoltaïques, plus le taux d'autoconsommation baisse. Autrement dit, le premier capteur est le plus rentable, le second beaucoup moins.
Certains feront installer beaucoup de modules photovoltaïques sur le toit et ne consommeront qu'une petite partie de l'électricité produite tandis que d'autres chercheront à réduire leur consommation, installeront peu de capteurs et chercheront à tout consommer. Devinez où l'on se place...
Si j'installe beaucoup de modules photovoltaïques, j'augmente le taux d'autoproduction mais je baisse le taux d'autoconsommation. L'investissement augmente et la rentabilité diminue.
Si j'installe quelques modules et un routeur solaire, le taux d'autoproduction tend raisonnablement vers 30% et le taux d'autoconsommation vers 90%. L'investissement diminue et la rentabilité augmente.
2. Le rôle du Power Router
Le Power Router que nous allons construire s'inspire des travaux de Robin Emley et du site openenergymonitor.org. Il embarque les modifications proposées par Philippe de Craene visant à améliorer les mesures, notamment en lien avec les fréquentes variations de puissance induites par les rafales de vent sur une éolienne. Ci-après figurent les variations induites par les nuages sur un seul module photovoltaïque. Il faut imaginer que les variations sur une éolienne sont beaucoup plus fréquentes.
Avec le schéma qui suit, OpenEnergyMonitor nous explique comment notre compteur électronique s'incrémente au fil du temps. Chaque fois que nous consommons 1 Wh, le compteur électronique s'incrémente d'1 Wh, au bout de 1000 impulsions, c'est le kWh auquel notre facture d'électricité fait référence.
Source : openenergymonitor.org
Le compteur linky dispose de compteurs de consommation et de production. De la même manière, lorsqu'il y a surplus d'électricité produite par une éolienne, un module photovoltaïque, une génératrice hydraulique... , le compteur de production s'incrémente Wh après Wh.
Afin d'éviter que le compteur de production ne s'incrémente d'1Wh, OpenEnergyMonitor nous propose de consommer l'énergie, mais pas trop, afin de stabiliser la production et la consommation d'énergie autour de zéro selon un cycle d'hystérésis.
Source : openenergymonitor.org
3. Un wattmètre basé sur un Arduino
Sur la base d'un micro-contrôleur Arduino, OpenEnergyMonitor a développé un wattmètre. Il est alimenté par deux capteurs en entrée : un capteur de tension et un capteur de courant.
Lorsque la tension et le courant sont en phase, le système est purement résistif. Cela veut dire que nous sommes en présence d'une résistance pure qui consomme du courant. Ce pourrait être la résistance d'un chauffe-eau, un grille pain ou un convecteur électrique. Le produit de la tension par le courant est positif. La puissance est positive. L'énergie est consommée, il n'y a pas d'injection.
Source : openenergymonitor.org
Lorsque la tension et le courant ne sont plus en phase, le système est capacitif ou inductif. Ce pourrait être un condensateur qui met du temps pour se charger puis se décharge lorsque la tension d'alimentation diminue, ce avec un certain déphasage dans le temps. Cela veut dire que nous sommes en présence d'un moteur, un réfrigérateur, une machine à laver... Le produit de la tension par le courant est souvent positif, mais aussi parfois négatif. La puissance moyenne est positive. L'énergie est consommée, il n'y a pas d'injection.
Source : openenergymonitor.org
Lorsque les courbes de tension et de courant sont en opposition de phase, le produit de la tension par le courant est négatif. La puissance est négative. Ces courbes sont caractéristiques d'une production d'énergie. Nous pourrions être en présence de modules photovoltaïques, d'une éolienne, ... qui produisent plus d'énergie que d'énergie consommée par les appareils électriques. Il a injection.
Source : openenergymonitor.org
4. Principe du Power Router
Rappel : 1 W.h = 3600 W.s = 3600 joules = 3600 J
Lorsque le Power Router détecte un début d'injection via les capteurs de courant et de tension situés en entrée, à partir du seuil de seuil de 1300 J et avant que 3600 J ne déclenche une impulsion au niveau du compteur électrique (tel que décrit ci-dessus), le Power Router alimente, via un module triac situé en sortie, une résistance électrique jusqu'à ce que la puissance liée à la consommation annule la puissance liée à la production électrique.
La consommation et l'injection s'équilibrent autour de zéro. Si l'injection augmente, la consommation augmente. Si l'injection diminue, la consommation diminue. En dessous du seuil de 1300 J, le Power Router cesse d'alimenter la résistance via le module triac.
5. Le triac et le module triac
Un triac est un composant semi-conducteur en silicium avec 3 bornes ou pattes qui permettent au courant de circuler dans les deux sens lorsqu'il est déclenché.
Une fois enclenché par une impulsion sur la gachette (fire), un triac laisse passer le courant pendant deux alternances d'un courant alternatif.
Le module triac permet d'ajuster la quantité d'énergie à dériver dans la résistance. Il est piloté par le Power Router. Voici ci-après le module triac que nous allons utiliser. On voit au milieu le composant triac évoqué ci-dessus.
Suggestion : RobotDyn AC Dimmer 8A/16A/24A 600V
Le schéma de principe ci-dessous illustre le fait que le triac est passant uniquement après le délai α.
A l'issue d'un délai α, calculé par le Power Router, une impulsion (fire) est envoyée au module triac afin d'ajuster la puissance à dériver dans la résistance.
Source https://www.electronics-tutorials.ws/power/diac.html
La durée des 2 alternances ci-dessus est de 20 ms (1 s / 50 Hz). Une seule alternance dure 1 s / 50 Hz / 2 = 10 ms. Pour calculer le déclenchement du triac, la durée d'une alternance a été découpée en 128 intervalles. Chaque intervalle dure 1 s / 50 Hz / 2 / 128 = 0.000078125 s soit environ 78 μs.
Si α est le nombre d'intervalles séparant le point de passage par le zéro (zéro cross) du déclenchement du triac (fire), et que α = 0, alors toute la puissance est dérivée.
Si α = 128, alors le triac ne laisse rien passer.
Lorsqu'il y a production d'énergie, le Power Router intègre la puissance en fonction du temps, c'est à dire qu'il multiplie la puissance par le temps afin de connaître la quantité d'énergie à dériver (E = P x t).
Par exemple, s'il détecte l'injection d'une puissance de 200 W pendant 1 s, puis 300 W pendant 2 s, le Power Router enregistre une quantité d'énergie à dériver de 800 W.s (200 W x 1 s + 300 W x 2 s).
Attention : Notre boîtier contenant le module triac est bien ventilé. Nous utilisons le système depuis plusieurs années sans encombre avec les puissances indiquées ci-dessus (1 010 Wc). Si vous augmentez les puissances, il sera nécessaire d'assurer une ventilation adaptée (voire asservie à la température) du module triac.
6. Zéro Cross
Le module triac que nous utiliserons dispose d'une broche ZC pour Zéro Cross.
Il détecte l'instant où l'onde sinusoïdale du réseau électrique (230 V AC) est à zéro volt d'amplitude. A cet instant, le module triac envoie un signal sur sa broche ZC. Dans le graphique ci-dessous, nous pouvons observer trois passages de l'onde sinusoïdale par l'amplitude 0 V : à l'instant t = 0, t = π et t = 2π.
Le signal sur la broche ZC génèrera une interruption au niveau du Power Router lui permettant de connaître précisément l'instant à partir duquel le délai α devra être appliqué. En outre, l'interruption ZC initiera l'instant opportun pour réaliser une série de calcul de tension, intensité et puissance.
La partie puissance du module triac est alimentée par le réseau électrique AC 230V via les connecteurs L et N . La charge résistive (par exemple la résistance du chauffe-eau) est reliée aux connecteurs LOAD et N du module triac.
La sortie Z-C du module triac est connectée à l’entrée numérique D2 de notre Arduino. C'est par cette liaison que transitera l'interruption Zéro Cross émise par le module triac vers l'Arduino.
L'entrée numérique PSM du module triac est connectée à la sortie numérique D10 de notre Arduino. Le "fire" sera envoyé depuis l'Arduino vers le module triac via cette liaison.
Les pattes GND et VCC alimentent le module triac. Elles seront connectées aux broches GND et +5V de notre Arduino. Les pattes GND et +5V de l'Arduino seront reliées à une carte à trous de prototypage. C'est depuis cette carte de prototypage que nous alimenterons le module triac
Comme indiqué ci-dessus, le module triac génère une interruption lorsqu'il y a passage par le zéro. Si le module triac n'est pas alimenté en 230 V AC, le Power Router ne recevra pas l'interruption et sera figé. C'est la raison pour laquelle, il est nécessaire d'alimenter le module triac, notamment à l'occasion des premiers tests.
7. Un réservoir d'énergie virtuelle
Imaginez un seau rempli, non pas d'eau, mais d'énergie virtuelle. Le Power Router évalue en permanence la quantité d'énergie virtuelle à dériver contenue dans le seau.
Le réservoir dispose d'une capacité de 3600 joules.
Lorsqu'il contient une quantité d'énergie virtuelle inférieure à 1300 joules, le Power Router ne dérive rien. α = 128. Le triac n'est pas passant.
Lorsque la quantité d'énergie virtuelle atteint 1300 joules, le Power Router commence à dériver progressivement dans le triac et de manière linéaire jusqu'à 2300 joules.
A partir de 2300 joules, il dérive toute l'énergie dans le triac. α = 0. Le robinet est ouvert en grand.
A partir de 3600 joules, le power router allume une LED "overload" afin de signaler un problème lié au fait qu'il n'a pas su dériver toute l'énergie dans la résistance. Cela pourrait arriver par exemple si la puissance de la résistance était inférieure à la puisssance à dériver. Dans notre cas, la puissance est de 1200 W (chauffe-eau) pour une puissance à dériver de 1010 W (PV + éolienne).
8. Illustration
Il n'y a pas de production d'énergie. Nous consommons de l'énergie. Par convention la puissance est positive. Elle est de 56 W. Le réservoir virtuel est vide : 0 J. Il n'y a pas d'énergie à dériver donc α = 128.
La production d'énergie est supérieure à la consommmation. II y a surplus d'énergie. Par convention la puissance est négative. Elle est de -235 W. Le réservoir virtuel se remplit. Il est rempli à 852 J. La consigne de 1300 J n'étant pas atteinte, le Power Router ne dérive pas d'énergie donc α = 128.
La production d'énergie est toujours supérieure à la consommmation. II y a surplus d'énergie. Par convention la puissance est négative. Elle est de -238 W. Le réservoir virtuel se remplit. Il est rempli à 1327 J. La consigne de 1300 J est atteinte, le Power Router commence à dériver dans la résistance du chauffe-eau. α = 124.
La consommation d'énergie liée à la dérivation d'énergie dans la résistance du chauffe-eau équilibre la production d'énergie. α = 90. Le Power Router cherche le point d'équilibre autour d'une puissance nulle (cycle d'hystérésis). Le réservoir virtuel se stabilise autour de 1592 J.
9. La sonde de tension
La sonde de tension évoquée ci-dessus est un petit transformateur qui abaisse la tension du réseau et conserve la même fréquence (environ 50 Hz).
Nous allons mesurer la tension en sortie d'un petit transformateur AC 230 -> AC 9V à l'aide d'un multimètre.
(Suggestion : transformateur YHDC Store PE3013-M 230AC/6V AC).
Nous observons une tension alternative de 10.36 V dont une représentation graphique serait similaire à la courbe qui suit.
La tension admissible par le micro-contrôleur Arduino doit être comprise entre 0 V et +5 V. Nous allons devoir travailler le signal issu du petit transformateur afin que la tension soit comprise entre 0 et +5V.
Pour cela, nous allons construire un pont diviseur de tension que nous allons placer entre la masse (GND) et le +5V de notre Arduino afin que le "middle point" ne soit plus 0 V mais 2.5 V.
Dans notre cas, les résistances R1 ont une valeur d'1 kΩ. Le condensateur a une valeur de 10 μF. La résistance R2 est calculée en fonction de la tension efficace mesurée aux bornes du transformateur (voir photo ci-dessus : 10.36V) soit R2 = 0.7 x 10.36 - 1 = 6.252 kΩ.
Ne disposant pas de cette résistance, nous allons mettre en série les résistances disponibles jusqu'à obtenir la résistance immédiatement supérieure afin que la tension en entrée du micro-contrôleur soit inférieure à 5V et ainsi ne pas détériorer notre Arduino. Dans notre cas R2 = 1 kΩ + 1 kΩ + 4.7 kΩ = 6.7 kΩ.
Nous allons poser notre Arduino NANO, insérer puis souder les composants sur une plaque à trous de prototypage. Les connecteurs male ou femelle des câbles "Dupont" sont coupés puis les câbles sont soudés sur la plaque à trous afin de réduire le risque de problème de connexion.
Le condensateur C1 est polarisé. Cela veut dire qu'il y a un sens respecter. La patte négative est plus courte. Elle est repéré "-" sur le composant et est reliée à la masse GND.
La sortie A1 décrite dans le schéma ci-dessus est connectée à l'entrée analogique A1 de notre Arduino. La masse (GND) et le +5V décrits ci-dessus, sont connectés aux broches GND et +5V de notre Arduino (ici un NANO).
Notre Arduino lira une tension analogique comprise entre 0 V et 5 V qu'il convertira en une valeur numérique comprise entre 0 et 1023 via un convertisseur interne (Convertisseur Analogique Numérique CAN). 2.5V étant le "middle point", alors le chiffre 511 représentera 0 V.
Une calibration de la tension sera effectuée à la mise en route du Power Router afin d'associer précisément la tension lue avec la tension effective du réseau. Pour cela, nous utiliserons un Wattmètre afin de disposer d'une valeur de référence.
10. La sonde de courant
La sonde de courant évoquée ci-dessus est un capteur de courant alternatif à noyau fendu.
(Suggestion : YHDC SCT010 Φ10 80A-26.6mA, sans résistance burden !).
La tension admissible par le micro-contrôleur Arduino doit être comprise entre 0 V et +5 V. Nous allons devoir travailler le signal afin que la tension soit comprise entre 0 et +5V.
Pour cela, nous allons construire un pont diviseur de tension que nous allons placer entre la masse (GND) et le +5V de notre Arduino afin que le "middle point" ne soit plus 0 V mais 2.5 V.
Volontairement, nous avons choisi une sonde de courant sans résistance burden. Par ailleurs, nous avons choisi un modèle de sonde de courant autorisant le passage d'un câble de 10 mm de diamètre. En effet, le diamètre du câble de "phase" arrivant au tableau électrique avec isolant est proche 8 mm.
Le but de la résistance de détection de courant est de générer une tension proportionnelle au courant qui peut être vue par le circuit de mesure de tension. La résistance est le lien entre la tension et le courant (U = R x I). Attention, plus la résistance est grande, plus la tension est élevée !
Nous devons nous assurer que la tension aux bornes de la résistance burden ne dépassera pas 2.5 V afin de ne pas endommager notre Arduino.
Le choix de la résistance burden dépend du courant maximum qui traversera le capteur de courant et du rapport en nombre de tours entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire.
Par exemple, si nous choisissons le transformateur de courant YHDC SCT010 80 A : 26.6 mA, alors le rapport en nombre de tours entre l'enroulement primaire et l'enroulement secondaire est 80 / 0.0266 soit 3000.
La relation entre la valeur maximale et la valeur efficace pour des tensions alternatives est la suivante : U max = U efficace x √2.
Si le courant efficace admissible par la sonde de tension est de 80 A, alors la valeur maximale du courant sera de 80 A x √2 = 113.13 A. En sortie du capteur de courant, nous obtiendrons une valeur maximale de 113.13 A / 3000 = 0.03771 A. La résistance burden idéale serait de 2.5 V / 0.03771 A = 66 Ω.
Ayant souscrit un abonnement d'une puissance de 6 KVA, l'intensité ne dépassera pas 30 A. La résistance burden idéale est de 2.5 V x 3000 / (√2 x 30 A) = 176 Ω. Pour les raisons invoquées ci-dessus. il est nécessaire de choisir une résistance d'une valeur inférieure. Nous allons donc installer une résistance d'une valeur inférieure à 176 Ω. Nous disposons (en stock) d'une résistance d'une valeur de 100 Ω que nous allons installer aux bornes du capteur de courant (ci-après identifiée R3).
Nous allons souder les composants sur la plaque à trous de prototypage.
Voici une vue de dessous. Les pattes son pliées et soudées afin de réaliser les pistes. La piste +5V a été calée afin d'arriver sur la broche +5V de l'Arduino NANO.
La sortie A0 décrite dans le schéma ci-dessus est connectée à l'entrée analogique A0 de notre Arduino. La masse (GND) et le +5V décrits ci-dessus, sont connectés aux broches GND et +5V de notre Arduino.
Notre Arduino lira une tension analogique comprise entre 0 V et 5 V qu'il convertira en une valeur numérique comprise entre 0 et 1023 via un convertisseur interne (CAN). 2.5V étant le "middle point", alors le chiffre 511 représentera 0 V. Cette tension sera représentative du courant traversant la sonde de courant. Si la tension est de 2.5 V, cela traduira que la sonde de courant est traversée par aucun courant : 0 A.
Une calibration de l'intensité sera effectuée à la mise en route du Power Router afin d'associer précisément l'intensité lue avec l'intensité effective parcourant la sonde de courant. Pour cela, nous utiliserons un Wattmètre afin de disposer d'une valeur de référence.
11. Module d'alimentation
Du fait que l'alimentation 230V AC est nécessaire pour la sonde de tension, alors nous allons profiter de sa présence pour alimenter un module d'alimentation (convertisseur 230V AC -> 9V DC) afin d'alimenter le micro-contrôleur Arduino NANO par la broche Vin.
(Suggestion : Transformateur abaisseur de précision Buck, AC-DC W, 500mA 9V)
La sortie GND du module d'alimentation est connectée à la broche GND de notre Arduino NANO.
La sortie + 9V DC du module d'alimentation est connectée à la broche Vin de l'Arduino NANO.
12. Afficheur LCD 16x2 I2C
L'installation d'un afficheur LCD est facultative. Le Power Router peut très bien fonctionner sans. Cependant, les informations affichées vous informent de son bon ou mauvais fonctionnement. Elles peuvent vous aider à prendre des décisions. Par exemple : j'ai trop d'énergie, je lance mon lave-linge.
Cet écran permet d'afficher 2 fois 16 caractères en lettres blanches sur fond bleu. Ce type d'écran consomme très peu d'énergie.
I2C est un bus informatique. Le module I2C permet ici de relier facilement le micro-contrôleur Arduino NANO à l'afficheur LCD en utilisant seulement deux lignes : SDA (Serial DAta) et SCL (Serial CLock). Ce module est soudé à l'arrière de l'afficheur LCD.
La broche SDA du module I2C est reliée à la broche A4 de notre Arduino.
La broche SCL du module I2C est reliée à la broche A5 de notre Arduino.
Les broches VCC et GND du module I2C sont respectivement reliées aux broches +5V et GND de notre Arduino
Attention : Parfois, la bibliothèque d'origine LiquidCrystal associée au bus I2C ne fonctionne pas bien. C'est la raison pour laquelle une autre bibliothèque est fournie ci-après au paragraphe 16. Si malgré l'installation de la nouvelle bibliothèque, l'afficheur LCD ne fonctionne pas, tentez d'effacer ou renommer la bibliothèque d'origine. Si malgré les recommandations précédentes l'afficheur ne fonctionne toujours pas, tentez de tourner la vis située à l'arrière de l'afficheur afin de modifier le contraste.
13. Quelques photos
Voici quelques photos de notre Power Router en cours de fabrication
Une vue de dessous
En voici un autre
14. LEDs indiquant l'activité et l'overload
L'installation de LEDs est facultative. Le Power Router peut très bien fonctionner sans. Cependant, elles informent du bon ou mauvais fonctionnement du Power Router.
Par exemple : l'activation de la LED Overload informe l'utilisateur du fait que le réservoir d'énergie virtuelle a dépassé 3600 joules. Physiquement cela veut dire que le Power Router ne réussit pas à dériver toute l'énergie dans la résistance, et qu'il est fort probable que le surplus d'énergie soit injecté sur le réseau électrique.
La LED bleue Activity est allumée lorsque la réserve d'énergie virtuelle dépasse le seuil de 1300 joules. Elle signale une activité normale.
La LED rouge Overload est allumée lorsque la réserve d'énergie virtuelle dépasse le seuil de 3600 joules. Elle signale une anomalie.
Les LED sont polarisées. Cela veut dire qu'il y a un sens respecter. La patte la plus courte de chacune des deux LED est le coté négatif appelé "cathode".
Si nous alimentons les LED directement en 5 V (tension délivrée par l'Arduino), elles éclairent mais, le courant qui les traverse est excessif et elles finissent par chauffer et griller. Pour limiter le courant, nous allons câbler une résistance en série avec chaque LED.
Les caractéristiques techniques des LED sont normalement données par le constructeur dans un document technique appelée datasheet. N'en disposant pas, nous allons partir sur une tension maximale de 2.1 V aux bornes de la LED et un courant maximal de 20 mA.
Nous calculons la chute de tension nécessaire : U résistance = U alim_5V - U led = 5 V - 2.1 V = 2.9 V.
Nous calculons ensuite, à l'aide de la loi d'Ohm (U = R x I), la valeur de la résistance en tenant compte de la valeur du courant maximal admissible par la LED (20 mA).
R résistance = U résistance / 20 mA = 2.9 V / 0.02 A = 145 Ω.
Ne disposant pas d'une résistance de 145 Ω, nous allons choisir une résistance en stock d'une valeur immédiatement supérieure, soit 220 Ω.
Les cathodes sont chacune reliées à une résistance de 220 Ω afin de limiter le courant traversant la LED. Les résistances sont reliées à la broche GND de notre Arduino.
La patte la plus longue de chacune des deux LED est le coté positif appelé "anode".
L'anode de la LED Overload est reliée à la broche numérique D13 de notre Arduino.
L'anode de la LED Activity est reliée à la broche numérique D3 de notre Arduino.
15. Qu'est-ce qu'Arduino ?
Arduino est un projet mettant en oeuvre une carte électronique (dans notre cas, une carte Nano) et un logiciel multiplateforme. Il a été conçu pour être accessible à tous dans le but de créer des systèmes électroniques, ce que nous sommes entrain de réaliser.
Il est possible qu'Arduino soit nouveau pour vous et que vous ne sachiez pas par où commencer. Auquel cas, nous vous recommandons, pour une prise en main rapide et didactique, le blog d'Eskimon : https://eskimon.fr/. Vous allez devoir investir un peu de votre temps, mais vous ne le regretterez pas.
16. Un algorithme
Voici un algorithme pour votre Power Router : 20201115_PowerRouter_v325.ino
Préalablement au téléversement du programme ci-dessus dans votre Arduino, vous allez devoir installer les bibliothèques suivantes :
Attention : La bibliothèque LiquidCrystal d'origine peut ne pas bien fonctionner. Il s'agit de la bibliothèque qui gère le bus I2C et donc votre afficheur LCD. C'est la raison pour laquelle nous vous communiquons ci-dessus une autre bibiothèque. Si les problèmes persistent, il peut être nécessaire d'effacer ou de renommer l'ancienne bibliothèque.
17. Calibration du Power Router
Au lancement du Power Router, la lecture de la tension, de l'intensité et de la puissance efficace seront fausses. Il nous faut donc étalonner le Power Router afin de garantir les bonnes mesures et son bon fonctionnement. Étalonner veux dire que nous allons le paramétrer afin que la tension et l'intensité lues avec le Power Router soient identiques avec celles délivrées par un multimètre ou un wattmètre.
Le temps de la calibration, le Power Router va calculer les valeurs efficaces (ou RMS) afin qu'elles soient comparables aux valeurs délivrées par un multimètre ou un wattmètres, dont les valeurs sont efficaces (ou RMS).
Afin de déterminer le courant qui traverse la sonde de courant et la tension du réseau électrique, le Power Router lit des valeurs instantanées lesquelles oscillent en permanence sur une plage comprise entre 0 et 5V.
Le signal obtenu en sortie des sondes de courant et de tension, donc sur les entrées analogiques A0 et A1 de l'Arduino, est de type sinusoïdal.
Le convertisseur analogique numérique (CAN), interne à l'Arduino, convertit la tension délivrée par chaque sonde en un nombre entier compris entre 0 et 1023. Le chiffre 511 représente 2,5V.
Pour calculer l'intensité, la tension puis la puissance efficace, l'algorithme utilise la méthode dite Root Mean Square (RMS).
Source : https://fr.fmuser.net
Cette méthode élève au carré les valeurs instantanées lues sur les deux sondes, elle les ajoute durant une période, calcule la valeur moyenne, puis effectue la racine carré de la moyenne. Il s'agit d'une moyenne quadratique.
Source : https://fr.fmuser.net
Dans notre cas, le calcul de l'intensité, de la tension et de la puissance efficace est effectué sur 20 alternances. Le top du départ du calcul sur 20 alternances est donné par une interruption générée par le module triac via la fonction Zéro Cross.
Si vous ne disposez pas d'un wattmètre, il est possible d'utiliser une ampoule dont vous connaissez la puissance. Par exemple un ampoule de 75 W branchée sur le réseau électrique sera parcourue par un courant d'environ 0,32 A. Il est recommandé d'étalonner le Power Router à l'aide d'une puissance plus importante, par exemple un grille pain d'environ 1000 W.
Le temps de la calibration, il faut positionner le paramètre bCalibration à la valeur true et utiliser le moniteur série de l'interface de développement Arduino afin de lire les valeurs.
const bool bCalibration = true;
Si la valeur de la tension du réseau électrique lue par le Power Router est trop basse ou trop haute par rapport à la référence donnée par le multimètre ou le wattmètre, il faut ajuster la valeur du paramètre fVCalibration jusqu'à obtenir la valeur attendue.
const float fVCalibration = 0.84;
Si la valeur de l'intensité, parcourant par exemple une ampoule de 75 W, lue par le Power Router est trop basse ou trop haute par rapport à la référence donnée par un wattmètre, il faut ajuster la valeur du paramètre fICalibration jusqu'à obtenir la valeur attendue.
const float fICalibration = 144.0;
A l'issue de la calibration, il faut ne pas oublier de positionner le paramètre bCalibration à la valeur false afin de ne pas consommer inutilement le temps de calcul de l'Arduino (parce que les appels à la fonction d'affichage consomment des ressources et ralentissent les calculs).
const bool bCalibration = false;
18. Calibration et tests
Installez votre banc de test sur votre table de salon. Sur la photo suivante on oberve un PC sous Linux, un câble USB, le power router, deux ampoules à incandescence de 75 W et un wattmètre :
Mesurez la tension efficace du réseau électrique par exemple à l'aide du wattmètre. Ici 243 V :
Mesurez l'intensité efficace induite par l'ampoule A de 75 W branchée sur le wattmètre. Ici, nous observons une intensité efficace de 0.33 A :
Installez votre Power Router. Attention danger, le module triac, le transformateur et l'alimentation du micro-contrôleur Arduino NANO sont alimentés en 240 VAC. La phase de l'ampoule A passe dans la sonde de courant. Le micro-contrôleur est connecté au PC via un câble USB. Pour l'instant, l'ampoule A n'est pas branchée sur le réseau électrique :
Téléchargez le programme 20201115_PowerRouter_v325.ino fourni au paragraphe 16 dans l'interface de développement (IDE) Arduino. Positionnez bVerbose et bCalibration à true et téléversez le nouveau programme dans le micro-contrôleur Arduino :
Lancez le moniteur série en cliquant sur l'icône situé en haut à droite de l'IDE :
Observez la valeur de la tension efficace dans le moniteur série. Ici, nous observons que la valeur Vrms est comprise dans l'intervalle 231 à 232 V :
Ajustez la valeur de fVCalibration jusqu'à obtenir une tension efficace Vrms égale à celle fournie par le wattmètre ci-dessus (243 V). Dans le cas présent, nous augmentons la valeur de fVCalibration jursqu'à obtenir Vrms = 243 V. Ici, nous affectons la valeur 0.86 au paramètre fVCalibration. Téléversez le nouveau programme dans le micro-contrôleur Arduino :
Nous observons ci-dessus dans le moniteur série que la valeur de la l'intensité efficace Irms est presque égale à 0 et que la valeur de la tension efficace Vrms est identique à la valeur fournie par le wattmètre (243 V), c'est OK pour la calibration de la tension.
Passons à la calibration de l'intensité. Pour cela, branchez l'ampoule A sur le réseau électrique et observez l'afficheur du Power Router. Ici, nous observons une puissance P de -75 W. Le fait que la puissance P soit négative représente/simule une injection dans le réseau électrique. C'est la raison pour laquelle le réservoir virtuel R passe de 0 à 3600 J et le paramètre D (dimmer) passe de 128 à 0. Pour la calibration, ce n'est pas gênant.
Pour l'exercice, il est possible de retourner la sonde de courant sur le même câble et d'observer une puissance P de 75 W. Le fait que la puissance soit positive représente/simule une consommation d'énergie :
Observez dans le moniteur série la valeur de l'intensité efficace Irms et comparez là à celle délivrée par le wattmètre ci-dessus ( 0.33A) :
Ajustez la valeur de fICalibration jusqu'à obtenir une intensité efficace Irms égale à celle fournie par le wattmètre ci-dessus (0.33A). Ici, nous affectons la valeur 46 au paramètre fICalibration. Téléversez le nouveau programme dans le micro-contrôleur Arduino. Nous observons une légère augmentation de la valeur de Irms dans le moniteur série :
Nous observons que la valeur de l'intensité efficace Irms obtenue dans le moniteur série est identique à la valeur fournie par le wattmètre (0.33A), c'est OK pour la calibration de l'intensité.
Vous constatez ci-dessus que la puissance apparente aP et la puissance réelle rP sont presque identiques et environ égales à 76 W. Le paramètre pF (power factor) ou cos φ est presque égal à 1 (0.99). Cette valeur témoigne de la présence d'un appareil électrique résistif (ici une ampoule à incandescence).
Positionnez bVerbose et bCalibration à false afin de ne pas ralentir le Power Router et téléversez le nouveau programme :
=> Votre Power Router est calibré !
Conseil n°1 : Il est possible d'effectuer une seconde calibration de l'intensité à l'aide d'un appareil électrique résistif plus puissant tel qu'un grille pain (d'une puissance de 1000 W environ) afin de vous assurer du bon fonctionnement du Power Router sur un autre plage de puissance.
Conseil n°2 : Notez les valeurs affectées aux paramètres fVCalibration et fICalibration sur le boitier du Power Router ou dans un carnet. Cela pourrait être utile de conserver une trace de ces valeurs pour une maintenance future.
Observation : La puissance électrique affichée par le wattmètre est une puissance efficace (ou RMS) exprimée en W. La puissance affichée par le Power Router est une puissance réelle (ou active) exprimée en W. La puissance affichée par le Linky est une puissance apparente exprimée en VA. Les appareils électriques capacitifs ou inductifs (moteurs...) induisent des variations du paramètre cos φ. C'est la raison pour laquelle il est possible d'observer un écart avec l'affichage de votre Linky selon les appareils électriques composant votre réseau électrique.
Vous pouvez profiter de ce banc de test pour tester et comprendre le fonctionnement de votre Power Router.
Pour la suite, le PC n'est plus utile, il peut être déconnecté.
L'ampoule A simule une injection (par exemple -75 W). Dans un premier temps, nous retournons la sonde de courant sur la phase de l' ampoule A afin de simuler une injection.
Nous installons une deuxième ampoule à incandescence (B) sur le module triac. De préférence, la puissance de ampoule B sera supérieure à celle de l'ampoule A :
Ensuite, nous passons la phase de l'ampoule B également dans la sonde courant afin de simuler la charge :
Nous alimentons le Power Router puis alimentons l'ampoule A.
Nous observons une puissance P de -75 W au niveau de l'afficheur. Lorsque le réservoir virtuel R atteint 1300 joules, l'ampoule B, qui simule la charge, commence à s'allumer.
Si la puissance P de l'ampoule B s'ajoute à celle de l'ampoule A au niveau de l'afficheur lorsque le réservoir virtuel R atteint 1300 J, c'est qu'il faut inverser le sens du câble de l'ampoule dans la sonde de courant. Dans ce cas éteindre le tout et inverser le sens du câble de l'ampoule B dans la sonde courant.
Si tout va bien, nous observons une puissance P de -75 W au niveau de l'afficheur. Lorsque le réservoir virtuel R atteint 1300 joules, l'ampoule B, qui simule la charge, s'allume progressivement :
Le champ induit par l'ampoule B vient annuler le champ induit par l'ampoule A. Le paramètre D (dimmer) passe de 128 à une valeur inférieure. La puissance P affichée par le Power Router oscillera autour de 0 W. Le réservoir virtuel d'énergie R et le paramètre D vont se stabiliser autour d'une valeur d'équilibre. L'énergie consommée par la charge de l'ampoule B annule l'énergie injectée et simulée par l'ampoule A.
Progressivement, les ampoules A et B éclairent de la même manière :
Lorsque nous éteignons l'ampoule A, l'ampoule B continue d'éclairer, mais se met à décliner, ce jusqu'à ce que le réservoir virtuel R atteigne 1300 J :
=> Ça fonctionne !
19. Schéma de raccordement
Le signal en sortie du module triac est hashé. C'est à dire qu'il ne peut pas alimenter un appareil qui attend un signal électrique propre tel que délivré par le réseau électrique. Cette énergie sera utilisée dans un système résistif dépourvu d'électronique comme par exemple la résistance d'un chauffe-eau et la résistance d'un radiateur électrique.
Dans notre cas, nous sommes équipés d'un petit chauffe-eau de 100 litres, disposant d'une carte électronique et d'une résistance stéatite de 1200 W qui dépasse la puissance crète de l'installation (ici 1010 Wc pour l'éolienne et le PV). Le fait que la puissance de la résistance (1200 W) soit supérieure à la puissance de l'installation (1010 Wc) assure le fait au système la capacité à absorber toute l'énergie et de ne pas injecter l'énergie sur le réseau électrique.
Dans le cas contraire, la résistance ne sera pas en capacité d'absorber toute l'énergie, laquelle sera injectée sur le réseau électrique. En pareil cas, le niveau du réservoir d'énergie virtuelle atteindra 3600 joules et la led Overload s'allumera.
Le signal de la carte électronique a été dérivé pour piloter 1 relais.
Lorsque le chauffe-eau électrique atteint sa température nominale (par exemple 60°C), le thermostat pilote un relais qui dirige le surplus énergétique vers un radiateur résistif (dans notre cas 1200 W) pour dissiper les calories gratuites dont le réseau électrique ne veut pas. Cela contribue au chauffage de votre eau chaude et de votre logement. Par ailleurs, cette solution protège votre chauffe-eau électrique d'une trop haute température. La température sera limitée à la température de consigne du chauffe-eau, soit environ 60°C.
Le système est complété par une minuterie. La minuterie déclenche l'appoint électrique, par exemple la nuit (de 2h à 6h), à un moment qui pose moins de contraintes sur le réseau électrique (c'est mieux qu'à 19h). Cet appoint nocturne, nous l'utilisons uniquement en hiver jusqu'à la mi-avril, mois à partir duquel nous sommes très souvent autonomes en énergie solaire thermique. Trois options permettent de déclencher l'appoint électrique : il peut être 1-forcé, 2-lié à la minuterie, 3-désactivé.
Conseil : Tant que possible, préférez le mode 3-désactivé afin de stocker un maximum d'énergie solaire dans votre chauffe-eau. Activez l'appoint (mode 2-lié à la minuterie) uniquement lorsque cela devient nécessaire (lorsque votre douche est froide).
Le système est protégé par des disjoncteurs C2 et C16 choisis en adéquation avec notre configuration. Les relais sont également choisis en adéquation avec les puissances indiquées. Le schéma du câblage du système est le suivant :
Les relais utilisés sont limités à 8A. La référence des relais est Schneider Électrique DPDT RSB2A080P7 de 8A série RSB). Ils sont montés sur un socle : Schneider Électrique RSZE1S48M Embase 10A 250 VAC série Zéliov. L’usage de ce relais (8A) est possible parce que la puissance crête de notre installation photovoltaïque couplée à l’éolienne est faible (1 010 Wc).
Si vous cherchez un relais un peu plus costaud, il vous faut chercher un relais DPDT, dont la bobine peut être alimentée par une tension de 230 VAC et acceptant une tension au niveau des contacts de 250 VAC minimum. A priori, le relais Finder réf. N°62.32.8.230.0000 et la base Finder réf. n°92.03 font l'affaire. Ce relais peut être monté sur un rail et accepte 16A. A vous de vérifiez cela auprès de votre électricien préféré.
Observation : La sonde de courant doit être positionnée sur la phase arrivant au tableau électrique (voir le schéma au paragraphe 4). Au moment de l'installation, vérifier qu'en présence d'appareils électriques consommateurs (sans production photovoltaïque ou éolienne) l'afficheur du Power Router indique une puissance P positive. Si la puissance P affichée est négative, alors inversez le sens de la sonde de courant sur le câble de phase.
20. Résultats et limites
Nous pensons que ce système est vertueux lorsqu'il est associé à une petite installation photovoltaïque ( < 1 000 Wc) du fait qu'il augmente le taux d'autoconsommation, c'est à dire la part consommée de l'énergie produite. Il réduit ainsi la facture énergétique. Il limite l'investissement matériel, financier et réduit en conséquence l'impact sur l'environnement. En outre, lorsqu'il est mis en œuvre par des personnes éclairées, le système aide à prendre conscience des consommations électriques et à adopter des comportements plus sobres et vertueux, ce, sans nuire au confort.
Notre consommation électrique quotidienne moyenne est d'environ 2.6 kWh/j. Lorsque la situation s'y prette, une petite éolienne couplée au champ photovoltaïque permet de disposer d'une production hybride d'élecricité et d'effacer le bruit de fond nocturne voire d'effacer la consommation électrique en situation ventée et sans soleil :
Journée sans soleil, avec vent, consommation de 0.4 kWh le 22 février 2022
Nous avons constaté que la seule automatisation des transferts de l'énergie dans l'eau chaude via les 2 relais et la minuterie a réduit notre facture énergétique de 25%. Nous concernant, l'automatisation a permis à notre consommation électrique de passer de 1 250 kWh à 925 kWh.
Sachant que la consommation électrique moyenne d'un foyer français est d'environ 5 000 kWh, le coût de notre énergie électrique annuelle consommée est d'environ 161€ (925 kWh x 0,1740 €). Ces chiffres sont donnés sous réserve d'appliquer quelques principes évidents de sobriété/sevrage énergétique.
L'investissement dans l'installation photovoltaïque est inférieur à 600 € (pour 600 Wc). Le Power Router, les relais, la minuterie, les disjoncteurs ... coûtent moins de 100€.
Ce système permet de disposer d'eau chaude au réveil et de placer le chauffe-eau dans un état (c'est à dire plus froid) tel qui pourra recevoir/absorber l'énergie solaire du jour. L'appoint, lorsqu'il est nécessaire, est décalé en milieu de nuit, à moment qui pose moins de contraintes au réseau électrique.
Nous n'avons pas testé le système à plus de 1 010 Wc parce que nous n'en voyons pas l'intérêt. En effet, nous utilisons l'énergie solaire thermique qui convient mieux à la production de chaleur ou de chauffage et présente de meilleurs rendements. Le Power Router est pour nous un moyen de stocker un faible surplus dans de l'eau chaude. Nous aurions préféré ne pas le mettre en place et être encouragé à dériver gratuitement ces surplus dans le réseau électrique.
Quant au fait de dériver le surplus énergétique dans des batteries et/ou véhicules électriques qui serait la conséquence de l'acquisition d'une trop grosse installation, nous ne l'évoquerons pas. Les systèmes à batteries présentent un très mauvais rendement en raison notamment des nombreuses conversions physico-chimiques. Les batteries ne durent pas très longtemps, elles sont très chères, elles exigent une surveillance constante, elles sont néfastes pour l'environnement, elles sont dangereuses (elles présentent des risques d'explosion et d'incendie), elles crééent un faux sentiment d'indépendance et d'autonomie... Elles sont souvent le choix de pseudo écologistes et survivalistes fortunés qui, craignant de devoir modifier leur comportement et ne sachant pas dimensionner correctement leur système en amont, installent ou font installer une grosse installation solaire photovoltaïque et cherchent à postériori à récupérer les surplus énergétiques qu'ils n'ont pas su anticiper.
Si cet article vous donne satisfaction, il est possible d'encourager l'action associative par un don, même symbolique, via PayPal vers l'adresse ptiwatt@mailoo.org. Votre contribution permettra de régler les charges associatives et d'aider à de nouveaux développements. La rédaction de cet article a nécessité l'acquisition de matériels et quelques dizaines d'heures avec l'objectif de transmettre des connaissances et savoir-faire. Depuis 2015, l'association P'tiwatt développe des solutions alternatives respectueuses de l'environnement, promeut la sobriété énergétique, les énergies renouvelables, organise des ateliers de formation et diffuse des articles sur ce blog. L'intérêt général est systématiquement recherché. Plus de 300 particiapants ont participé à un atelier depuis 2015. Nombre d'entre eux ont décliné un projet à l'aide des connaissances et savoir-faire acquis. L'association fonctionne sans salarié et repose sur l'engagement 100% bénévole et désintéressé. L'équilibre financier a été recherché et atteint grâce à la participation financière des participants aux stages, quelques dons et des choix visant ne pas occasionner de frais (par exemple aucun déplacement). Paradoxalement, au regard des enjeux actuels (écologique, énergétique, climatique), l'association P'tiwatt ne reçoit aucune subvention ni soutien, ce malgré les démarches effectuées. Pour la suite, nous engagerons une réflexion afin que les bénévoles disposent d'un minimum de reconnaissance et de réciprocité
1 De Cclaude -
Bonjour,
votre projet de power router est très intéressant et super bien décrit.
N'étant pas dans votre région, je ne peux pas participer à vos ateliers.
C'est pour cette raison que je viens vers vous pour savoir s'il est prévu de compléter votre article et d'y ajouter le code arduino.
J'aimerai réaliser un projet similaire l'année prochaine, le temps de rassembler tous les matériels.
Cordialement
2 De Bakar -
-> Cclaude
Oui, il est bien prévu de poursuivre l'article.
Attention, le site ptiwatt.kyna.eu déménage sous ptiwatt.kyna.frLe site ptiwatt.kyna.eu est maintenu
3 De Vince Fabbri -
Bonjour, c'est un super projet qui m'intéresse beaucoup. Je suis également preneur du code arduino. Ayant quelques notions en programmation arduino, je vais essayer d'ajouter une deuxième sortie à gradateur pour alimenter un chauffage électrique une fois que le ballon d'eau chaude est plein. Merci pour votre article en tout cas.
4 De Bakar -
->Claude
->Vince Fabbri
Le code Arduino est disponible dans l'article "Fabriquer un Power router". Un schéma est disponible dans cet article pour expliquer comment faire du chauffage lorsque le chauffe-eau a atteint sa température de consigne. Nous avons appelé cela le STEEC pour Système de Transfert de l'Electricité dans l'Eau Chaude. Ca fontionne très bien depuis plus de deux ans. Avant d'arriver au code Arduino, dans cet article, l'idée est d'expliquer comment des mesures les analogiques des sondes de tension et courant sont transformées en tension, intensité et puissance efficaces.
5 De Bakar -
L'association P'tiwatt ne vend rien et ne se déplace pas. Nous mettons tout en oeuvre pour que vous preniez votre destin en main. Nous comprenons que ce soit difficile à comprendre. Si vraiment vous voulez dépensez sans contrepartie, que vous comprenez notre engagement, et que vous voulez témoignez de votre reconnaissance, alors faites un don, même symbolique (via Paypal vers l'adresse mail ptiwatt at mailoo.org). Cela nous permettra de régler nos frais associatifs et nous encouragera à continuer sur cette voie. Merci de votre compréhension
6 De Vince Fabbri -
PS c'est pas très important mais il y a une petite confusion entre "temps" et "angle" dans l'explication de l'angle d'amorçage du triac 😉
7 De Vince Fabbri -
PS c'est pas très important mais il y a une petite confusion entre "temps" et "angle" dans l'explication de l'angle d'amorçage du triac 😉
8 De Vince Fabbri -
PS c'est pas très important mais il y a une petite confusion entre "temps" et "angle" dans l'explication de l'angle d'amorçage du triac 😉
9 De Gmo61 -
Bonsoir
Hate de voir la suite pour savoir si je me lance dans la realisation de ce routeur. Pas trouve encore le logiciel.
A quelle date sort la suite ? Avez vous des references probantes avec la solution en cours de presentation?
10 De Gmo61 -
Bonsoir
Hate de voir la suite pour savoir si je me lance dans la realisation de ce routeur. Pas trouve encore le logiciel.
A quelle date sort la suite ? Avez vous des references probantes avec la solution en cours de presentation?
11 De bakar -
L'algorithme, les biblitothèques, un tuto... sont disponibles dans cet article : https://ptiwatt.kyna.eu/post/2018/0...
12 De Yoan -
Bonjour, je n' arrive pas à faire fonctionner le routeur, j ai repris le câblage plusieurs fois mais rien n y fait.
Le programme est bien chargé mais l état du LCD ne change pas il reste sur "p'tiwatt bonjour" est-ce normal ? Et quand je branche le nano avec le "vin" l écran n affiche rien?
Que dois-je vérifier? Puis-je contrôler la tension sur A1/A0? Merci d avance de votre aide. Yoan
13 De Bakar -
Pour Yoan : il faut alimenter le module triac en 230V AC afin qu'il génère une interruption à chaque passage par le zéro. Si le module triac n'est pas alimenté, le programme est figé et l'affichage reste bloqué sur "ptiwatt bonjour". Le Nano alimenté par Vin doit procéder à l'affichage. J'ai déjà eu le cas. Lorsque le Nano était alimenté via usb, cela fonctionnait, mais ne fonctionnait pas via Vin + Gnd. En fait une soudure était sèche et cela n'était pas visible à l'œil nu. Je l'ai détecté en mesurant la tension entre Vin et Gnd (9V attendu)
14 De gmo61 -
Bonjour
J'ai un peu moins de 3 KWc installés. Le programme et la carte triac sont ils modifiables pour gérer cette augmentation de puissance. Si vous avez quelques recommandations / conseils je suis preneur. Cdlt
15 De Yoan -
Bonjour,
Pour bakar : merci beaucoup pour votre aide et tuto, mon routeur fonctionne je dois faire quelques vérifications pour être sûr de l avoir bien calibré, je n' ai pas vérifié pour le moment l alim par le vin, je test par le USB.
Pour gmo61: j ai une installation de 2,4kwc, les seules modif que j ai apporté sont, le triac j ai commandé le 24A, et la pince amperetrique 100A 50mA, j ai donc fais les calculs pour modifier les résistances, tout les éléments sont donnés dans le tuto.
(Pour le moment je suis en phase d essai, je n' ai pas encore raccordé le chauffe eau mais je pense qu'il n y aura aucun pb)
16 De Bakar -
Bonjour,
Il fonctionne depuis plusieurs annnées avec 1 010 Wc et une résistance de 1 200 W, un module triac donné pour 5A (avec un triac BTA16) sur lequel j'ai doublé les pistes et une ventilation naturelle via des trous de diamètre 30 mm dans le boitier. Je n'ai pas testé avec plus de puissance.
Si j'avais plus de puissance, je testerais un module triac 24A (avec un triac BTA24), un ventilateur asservi à la température interne du boitier contenant le module triac, par exemple via un capteur DHT11 (ou DHT22) intégré au boitier.
17 De Pascal -
Bonjour
Très bon explications je recommande
Très utile même pour des novices
Plus on pratique plus on maîtrise
Encore merci dom pour le temps que tu as plus donnés a tous ce monde
Pascal
18 De Bakar -
Salut Pascal,
Merci de ton commentaire.
Bonne calibration et suite pour tes projets !
19 De 6po -
j'ai du mal a trouver la pince amperemetrique pourrais tu me donner un lien j'ai peur de faire une betise merci
20 De Bakar -
-> 6po. Vous trouverez des suggestions de sonde à sortie de courant dans le présent compte-rendu ou dans tutoriel rédigé par Philippe de Craene, lequel est disponible dans l'article "Fabriquer un Power Router". Vous devez trouver le composant le mieux adapté à votre configuration ou besoin. Il existe par exemple les références suivantes : SCT 013, SCT 010, SCT 006 dans la marque YHDC. D'autres marques fontionnnent très bien. Il est préconisé une sonde à sortie de courant sans résistance Burden. En effet la résistance Burden est soudée sur la carte de prototypage. Personellement j'aurais bien choisi YHDC SCT 006 parce que la puissance des appareils utilisés est faible, mais le câble de phase avant le tableau électrique ne passe pas, donc j'ai utilisé une sonde à sortie de courant qui autorise le passage d'un câble de 10 mm.
21 De gmo61 -
Bonjour
Merci Bakar pour ton message du 27/09. Je vais me lancer dans la construction de ce routeur.
J'aurais voulu passer sur un IOT33 ( donc 3,3 V) pour un peu plus de connectivité : des conseils de modif sur votre principe ?
Je finis actuellement avec mon fiston de 13 ans un tracker 1 axe avec un iot33 ( wifi, calcul solaire, horloge NTP, gyro, alerte météo, supervision sur le phone, moteur linéaire ) : assez sympa à faire et bonne formation du fiston ! je le mettrai le programme en ligne si ca intéresse.
22 De Bakar -
->gmo61 . Nous n'avons pas testé ce microcontrôleur. Dans l'immédiat, je pense juste à l'adaptation des ponts diviseurs afin que la tension sur les entrées analogiques A0 et A1 ne dépasse pas 3.3V
23 De Rer67 -
Bonjour 👋.
Je vais faire acquisition prochainement de 800Wc avec son onduleur de 730W.
J'apprécie la philosophie de l'économie d'énergie prioritairement au routage de l'excédent d'énergie.
Il est bien plus vertueux de moins consommer !.
Bref....
Je compte me lancer dans la création de ce routeur... j'ai encore des ESP8266 qui traînent... je vais essayer pour voir.
Auriez vous des recommandations à me donner en ce sens... ? Hormis la modif du pont comme rappelé à gmo61.
D'ailleurs ce passage à 3.3v ne risque-t-il pas de rendre les seuils plus sensibles ?.
Merci à vous.
24 De Yoan -
Bonjour, hier installation en réel est le "p" n indique pas la bonne puissance, chauffe eau 1600w en conso, prod 600w donc écart de 1000w le routeur indique "p= 77w " est ce du seulement à l étalonnage de la pince? Ou le fait que j'ai changé celle-ci induit une erreur ? Ou autre...merci
25 De Bakar -
->Yoan. Si le CE consomme 1600W, le PR doit afficher 1600W. Si c'est pas le cas, il faut reprendre l'étalonnage jusqu'à avoir Vrms et Irms proche des valeurs attendues. Comme indiqué dans l'article, il est souhaitable d'étalonner à l'aide de 2 résistances (faible et plus haute puissance) pour s'assurer que le PR fonctionne bien sur la plage de puissances. Je pense pas que la sonde de courant ai un gros impact. Il est cependant important qu'elle soit à sortie de courant et que la résistance Burden soudée ne soit pas trop élevée (100 ohms pour l'exemple donné dans l'article, mais ce peut être moins selon la configuration).
26 De Bakar -
->Rer67. J'avais le projet de tester avec un Arduino Samd21 mais je n'ai pas eu le temps et je suis parti sur d'autres projets. Donc je n'ai pas testé. Outre la modification du pont diviseur, je n'ai pas d'autres interrogations. Je crois que certains cherchent à améliorer la sensibilité de la sonde de courant. Ne rencontrant pas de difficulté : pas d'injection, pas de sous-tirage, je considère que le calibrage réalisé et la sonde de courant utilisée (yhdc sct010 à sortie courant) conviennent. Pour le passage à 3.3V, il nous faut attendre que quelqu'un le teste et partage son avis ...
27 De Bakar -
-> Pascal . Le blog d'Eskimon traite de l'affichage LCD -> https://eskimon.fr/tuto-arduino-701... Comment installer une bibliothèque -> https://www.robot-maker.com/ouvrage... Où trouver la bibliothèque LCD -> http://media.kyna.eu/ptiwatt/power-...
28 De GV -
Bonjour
Merci pour ce partage.
j’ai réalisé le montage du power router, tous les tests se sont bien déroulés cependant le dernier test en situation réel est un peu déroutant ; j’ai branché dans un premier temps une charge résistive de 1300 w pour une production solaire de 900w, j’observe une bonne régulation sur le power router qui indique une puissance qui oscille entre -30 et 30 w mais quand j’observe le compteur Linky celui ci indique une puissance consommée qui varie avec la charge résistive (que je fais varier pour le test). Le routeur délivre à la charge, une puissance supérieure à la production solaire sauf si celle ci est nul ou si je mets en route un appareil (2000W) branché sur le réseau . J’ajoute qu’en absence de charge le routeur indique une puissance positive ou négative qui correspond à la puissance réelle consommée ou injectée. Pour résumer le routeur fournit à la résistance une puissance bien supérieure à la production solaire avec une indication de puissance erronée à ce moment là Merci pour votre aide
29 De Rer67 -
Bonjour,
Je vais me lancer sur une version en ESP8266, pour faire un petit essai.
j'ai encore 2 questions :
- le petit condo C1 est là pour filtrer je pense.... est-ce exact ? Si oui le fait de faire mon pont diviseur sur 3.3V change t'il la valeur des condensateurs à mettre en place ?
- Ayant également souscrit un abonnement d'une puissance de 6 KVA, l'intensité ne dépassera pas 30 A et utilisant la même pince La résistance burden idéale avec mon esp8266 serait de 1.65 V x 3000 / (√2 x 30 A) = 116 Ω, est-ce correct ?
Merci d'avance ;)
30 De bakar -
-> GV. Pas d'idée à part un défaut de calibration. J'ai rencontré le cas avec un PR pas bien calibré. Il y avait une mauvaise lecture de la puissance, et donc une charge non adaptée. Il existe une variable fMargeSecuriteWatt dans l'algorithme qui permet d'ajuster et d'éviter un sous-tirage. Je ne l'utilise pas dans le sens où il est positionné à 0. Lorsqu'il y a du vent et/ou du soleil, les consommations sont effacées lorsque je consulte via le compte Enedis, et pas de sous-tirage.
31 De Bakar -
-> Rer67. Oui, c'est cela si la sonde de courant contient 3000 enroulements (à vérifier). Tu peux mettre une valeur inférieure pas exemple 100 ohms. Le condensateur ne change pas.
32 De Rer67 -
Re,
Je recapitule .... je ne suis plus si jeune et mes cours d'électronique sont bien loin, ;)
Pour C1, je prends 10uF/50v
Pour les R1, je peux prendre 1KΩ
Pour la R3, je peux prendre 100Ω ( comme déja vu ci dessus )
La R2 est calculée en fonction de la tension de sortie du transo, ( mais pourquoi 0.7 x Ust - 1 )
Et R4 ? c'est toujours 1KΩ ? peut importe la valeur de Ust et de R2 ?
Merci de votre aide !
33 De Rer67 -
Et pour le transfo, je peux prendre un transfo de recup, il n'y a pas de spécifications spéciales ?
J'ai des 6 ou 7.5v... en stock
Merci
34 De Bakar -
-> Rer67 : La formule (0.7 x Ust - 1) permet de définir la valeur de la résistance en fonction de la tension efficace du transformateur. Cela assure le fait qu'il y a toujours un peu plus de 1 V (1.42V) en sortie du pont diviseur. La tension est alors comprise entre (2.5V - 1.42V) et (2.5V + 1.42V) en entrée de l'arduino. R4 = 1KΩ. Il est possible de prendre une autre valeur, si c'est le cas il faut calculer R2. Un transformateur de 6 ou 7V AC sans redresseur, c'est très bien.
35 De Rémy24 -
Bonjour, j'ai construit le power routeur et mis dans son coffret jusque-là pas de problème je suis bloqué avec l'écran P'tiwatt bonjour et à la console 101e me redémarrages je veux faire mon calibrage voltage/intensité mais rien n'apparaît à la console, pourtant j'ai bien mis tout en TRUE je suis bloqué auriez-vous une idée?
Merci cordialement Rémy.
36 De Bakar -
-> Rémy24 : Je pense que votre Arduino est en attente de la réception de l'interruption liée au passage par le zéro. Il faut donc alimenter le module triac en 230 VAC, y compris pour les tests
37 De Rémy24 -
Bonsoir, effectivement c'était bien cela, si le triac n'est pas alimenté le programme reste figé maintenant ça fonctionne reste le calibrage à faire et mettre en place le routeur.
Merci pour votre réponse rapide.
Rémy.
38 De Crazybike -
Bonjour, merci pour le partage de ce superbe travail. J’ai réalisé le montage et je rencontre un problème avec la commande du triac. A l’oscillo la commande du triac est bien synchronisé avec la détection zéro cross mais elle n’est envoyé que sur la demi période. Le triac n’est passant qu’une alternance sur deux … une idée ???
39 De Rémy24 -
Bonjour, j'ai un petit problème avec le power routeur, rien ne sort au triac pourtant la petite LED bleu du triac scintiller bien suivant le surplus produit résistance du chauffe-eau est branché et a était testé, à l'écran le délestage ne se fait pas j'ai testé avec phare halogène 500w rien en sortie, une idée?, pour info j'ai renforcé les pistes du triac entré et sortie.
40 De Bakar -
-> Crazybike. Bonjour, Désolé du retard. Je n'ai pas d'oscillo... J'utilise au quotidien un module de commande triac AC Light Dimmer 5A maxi, 2 A en nominal mais avec un BTA16. Donc j'ai doublé les pistes. Il y a peut être une réponses dans le tuto rédigé par Philippe DC : "il existe 2 familles d’optocoupleurs « simples » pour détecter le passage à zéro : les modèles avec 2 LEDs tête-bêche qui vont bien détecter chaque demi-alternance, et les modèles simple LED, auquel cas il faudra simplement ajouter en amont de la LED un pont redresseur de 4 diodes". Le module de commande que j'utilise dispose d'un MOC3012M. J'ai suggéré un autre module de commande un peu plus musclé pour répondre à la forte demande sans vérifier le MOC utilisé. Qu'en est-il du tien ?
41 De Bakar -
-> Rémy24. Bonjour. Désolé je ne vois pas de réponse immédiate. Avant montage sur chauffe-eau, j'ai effectué le test avec deux lampes à filament de 75W, ou encore avec un grille pain et un radiateur de 1200W. Pour dédouaner le problème, je te suggère de tester, via Arduino, uniquement le fonctionnement du module AC Light dimmer. Je te communique le lien vers l'algorithme proposé par Philippe DC qui fait cela : https://media.kyna.eu/ptiwatt/power-router/testtriac4.ino
42 De Rémy24 -
Bonsoir De Bakar, merci pour la réponse j'ai enfin trouvé la pane sur le module Triac le MOC3021 est soudé à l'envers Arff.. pas facile a remettre dans le bon sens je vais essayer.
Je vais mettre deux photos sur le groupe pour bien montrer le problème.
Merci encore Rémy.
43 De Rer67 -
Bonsoir.
J'étais parti pour réaliser sur une nodemcu, mais me suis finalement rabatu sur un arduino nano !. La nodemcu avec serveur Web suivra !.
Par contre j'ai du mettre 150 pour FiCalibration ! Pourquoi ce réglage si haut ? Est ce que cela engendre autre chose ? D'où ça peut venir ?.
Ma pince est celle préconisée YHDC SCT010 80 A : 26.6 mA.....
Cela étant, le montage fonctionne !
44 De Rer67 -
J'oubliais, ma résistance de bordent est de 100 ohm.
45 De Bakar -
-> Rer67. J'ai une sonde de courant du genre CTKD10 50 A : 50 mA. Il doit y avoir 1000 enroulements. Me concernant, il est rare que la puissance soutirée atteigne 3kW. La sonde de courant YHDC SCT010 80 A : 26.6 mA doit avoir 3000 enroulements. Je pense que l'intensité est plus faible et que tu compenses via le paramètre fiCalibration pour obtenir la bonne intensité.
46 De crazybike -
Bonjour, le problème est identifié et résolu: le type d'optocoupleur n'était pas le bon. j'ai résolu mon problème en utilisant un SFH620A et une résistance série adaptée.
merci
47 De Rer67 -
Hello.
Le routeur est en place avec une petite box en impression 3D...en attendant du soleil !.
Je me posais tout de même une petite question....
Quels sont les avantages et inconvénients de l'usage d'un triac VS un ssr sur un routeur solaire ??.
En avez vous une idée 💡 ?
48 De Bakar -
-> Rer67. Désolé, je ne sais pas répondre à votre question. Vous pourriez écrire à Philippe De Craene qui est à l'origine de ce projet https://create.arduino.cc/projecthu... . Nous sommes certains qu'il aura un avis éclairé. Nous avons lu tout et son contraire sur les forums au sujet du TRIAC vs SSR, mais souvent l'EGO l'emporte sur la rationnalité...
49 De Bakar -
Pourquoi avoir choisi un triac ? Nous avons fait confiance et réalisé le power router proposé par Philippe DC qui est basé sur un triac et répond bien aux variations de puissance induites par une éolienne. Notre apport associatif aura été d'écouter les difficultés rencontrées par des personnes qui comme nous sont débutantes en électronique et de tenter de répondre aux interrogations dans un compte-rendu détaillé, ce à des fins de partage. Le power routeur permet d'autoconsommer tout ou partie de l'énergie produite par une éolienne et 2 modules PV. Notre retour d'expérience nous mène à penser qu'il s'agit d'une solution adaptée à notre petite installation et contribue à l'amélioration de la sobriété. L'association P'tiwatt ne vend pas le power router. Si vous souhaitez acquérir un routeur solaire, vous trouverez sans difficulté des renseignements sur d'autres forums
50 De overnuts -
Bonjour,
c'est très abouti et bien expliqué, je pense me lancer pour 2023.
Une question: est ce qu'une version ESP32/8266 a déjà été réalisée ?
Cette dernière permettrait de remonter des informations à un système de suivi domotique (jeedom, domoticz, ...) pour historiser et quantifier à long terme les "gains"
Merci pour tout :-)
51 De Rer67 -
Bonjour,
Après quelques essais, je remercie l'association pour le partage des informations ;).
Le routeur fonctionne bien.
Toutefois attention, le RobotDyn AC Dimmer 8A/16A/24A 600V ne peut pas fonctionner avec un passage de 24 ampères ! le dissipateur thermique du triac est bien trop petit.
dans mon cas, avec un passage au triac de 10A soit environ 10W de dissipation maxi il faut un dissipateur de 3°C/W minimum ( https://fr.rs-online.com/web/p/diss...) soit un dissipateur bien plus conséquent que celui en place.... et pour 24A, il faudra absolument une ventilation forcée sur le dissipateur.
@overnuts,
je comptais également faire ce montage avec un esp8266 mais suis resté pour le moment avec l'arduino nano. il faudrait rapporter les valeurs à 3.3v au lieu de 5v avec peut être une perte de réactivité ou de précision .... a vérifier.
52 De Bakar -
-> overnuts. Je n'ai pas testé esp32. Suis toujours avec un Arduino Uno depuis quelques années et j'ai juste testé Arduino Nano. Bonne suite !
53 De Bakar -
-> Rer67. Le confirme. J'ai attiré la vigilance à plusieurs reprises sur les limites du système et le refroidissement. §5 Attention : Notre boîtier contenant le module triac est bien ventilé. Nous utilisons le système depuis plusieurs années sans encombre avec les puissances indiquées ci-dessus (1 010 Wc). Si vous augmentez les puissances, il sera nécessaire d'assurer une ventilation adaptée (voire asservie à la température) du module triac. De Bakar - Bonjour, Il fonctionne depuis plusieurs annnées avec 1 010 Wc et une résistance de 1 200 W, un module triac donné pour 5A (avec un triac BTA16) sur lequel j'ai doublé les pistes et une ventilation naturelle via des trous de diamètre 30 mm dans le boitier. Je n'ai pas testé avec plus de puissance. Si j'avais plus de puissance, je testerais un module triac 24A (avec un triac BTA24), un ventilateur asservi à la température interne du boitier contenant le module triac, par exemple via un capteur DHT11 (ou DHT22) intégré au boitier. Pour moi c'est 5A max avec un BTA16, des pistes renforcées, 2 trous de 30 mm de diamètre en-dessous et au-dessus du boîtier pour assurer la circulation de l'air.
54 De bernie -
Bonjour et merci pour cet article très utile et intéressant.
Je me pose cette question: comment ont été fixés (ou à quoi correspondent) les valeurs des seuils du réservoir (1300j, 2600j, 3600j), ne pourrait-on pas par ex. abaisser le seuil inférieur ? ou augmenter la taille du réservoir ?
Merci
55 De Bakar -
-> Bernie . 3600 J est le seuil de déclenchement d'une impulsion du compteur électrique C'est le seuil que l'on cherche à ne pas atteindre. Du coup on a pas intérêt à l'augmenter. Sur les seuils de déclenchement, chacun est libre de déclencher quand (ici entre 1300 et 2600 J) et comment (ici la courbe est linéaire. C'est pas forcément top mais c'est simple, ça fonctionne et ne ralentit pas l'algorithme en temps de calcul savant).
56 De Bernie -
Bonjour,
une chose me turlupine: lorsque courant et tension sont en opposition de phase la puissance réelle (fRealPower) est négative, on produit de l'énergie (injection). Or dans le code du programme si je comprends bien c'est l'inverse: le réservoir ne peut se remplir qu'avec une valeur positive de fRealPower:
if (fReservoirEnergie < 0) {fReservoirEnergie = 0;}
... donc lorsque l'on consomme de l'énergie ?
Merci,
57 De Vince -
Bonjour et merci beaucoup pour la création de ce site et de cet espace d'échange.
Mon routeur fonctionne bien mais le RobotDyn 24A 600V semble se mettre en protection autour des 5 ou 6A et même avec une charge plus puissante, impossible de router plus de 1200W.
Je me pose la question de mettre deux modules RobotDyn en parallèle soit sur la même charge (plancher chauffant de 2600W) soit sur deux charges différentes plus petites.
Est-ce que quelqu'un l'a déjà fait?
Encore merci et bonne journée à tous
58 De Bernie -
@De Vince : monter des triacs en // ne marche pas: il y en a toujours un des deux qui déclenche avant l'autre même avec la même commande de gachette, en conséquence de quoi le second restera bloqué car la tension à ses bornes (A-K) est devenue trop faible pour qu'il puisse déclencher à son tour.
59 De Vince -
D'accord merci Bernie, je vais donc essayer sur deux charges différentes.
60 De Vince -
Donc j'ai testé avec deux triacs sur deux charges différentes, commandés par deux sorties Arduino différentes en dupliquant les lignes de code du programme et ça fonctionne parfaitement.
61 De Bakar -
->Vince. Bravo. Excellente idée
62 De acyr -
Bonjour,
D' abord merci pour votre partage sur le Pv routeur qui m' a permis d' apprendre beaucoup
Mon pv routeur à l' aire de fonctionner il me reste à le mettre en place
Je voulais savoir ,pour le branchement sur le chauffe eau, si à la sortie du triac on le branche sur le thermostat ou directement sur la résistance je n'ai pas de carte électronique sur le chauffe eau.
Actuellement j' injecte le surplus gratuitement
Merci pour votre aide.Cordialement
63 De Bakar -
-> acyr . Bonjour, un exemple de schéma de raccordement est proposé au paragraphe 19. L'énergie est dérivée directement dans la résistance. Le signal du thermostat est utilisé pour piloter des relais qui dirigent, selon la température de l'eau du chauffe-eau, l'énergie vers la résistance du chauffe-eau ou vers un radiateur de type convecteur. Une minuterie permet de forcer l'appoint. Je n'ai pas testé le raccordement direct vers un chauffe-eau non doté d'une carte électronique
64 De patrouil -
Bonjour, mon installation électrique est en triphasé.
Je dois mettre en place 3 routeurs (un par phase ) ?
Merci
65 De Dada -
Bonjour,
Je suis un client belge auprès de RESA auquel on vient de me placer un nouveau compteur TRIPHASE intelligent (dit-on…) Sagemcom T211 qui est équipé de ports P1 et S1 à la disposition de ses clients, encore faut-il les faire activer pour pouvoir les exploiter.
Ces ports renvoient toute une série de mesures de puissance consommée et injectée, tension et courant pour chaque phase et également la puissance consommée et injectée instantanée.
Alors, je me pose la question de savoir s’il n’est pas possible de se passer des 3 transfos de mesure de tension et des 3 pinces ampèremétriques, puisqu’on est en triphasé dans mon cas? Même que entre triphasé ou monophasé, ça n’aurait plus d’importance.
Peut-être alors suffit-il de piloter les triacs depuis le micro contrôleur? Evidemment cela demande une adaptation du code … mais je n’ai pas suffisamment de compétences, juste une idée comme ça? Peut-être aussi que je suis à coté de la plaque, que j’ai pas bien compris la philosophie de votre système?
Alors, quel est votre avis là dessus Maestro?
Amicalement
Dada
66 De Bakar -
Bonjour, concernant Triphasé, je n'ai pas testé... Mais peut-être qu'il est possible avec un seul nano de piloter des triacs. En effet, Nano dispose de plus d'entrées analogiques que Uno pour connecter les sondes de courant et de tension. Bonne continuation
67 De gonzi -
Bonjour à tous,
Merci pour cet excellent tuto.
Je suis arrivé au bout, mais le SSR de cher Robotdyn ne me semble pas être un modèle de fiabilité. j'en ai testé 2.
Le premier laissait l'output passant à 100% tout le temps, même sans être relié à l'arduino. Le second a fonctionné quelque temps, puis il n'y a plus eu de signal Z/cross.
Quelqu'un a il déja essayé un autre SSR ?
Exemple : https://www.tme.eu/en/details/so943...
il est avec détection de zéro; mais pas d'output de retour Z/cross.
Si quelqu'un a déja essayé, comment avez vous 'créé' l'info Z/cross dont a besoin notre programme ?
mercid 'avance
68 De Bernie -
Bonsoir,
je me méfie de la fiabilité des triacs, et de fait il est arrivé une fois dans mes tests que le triac se soit mis en court-circuit sans raison apparente, alors que la gachette n'était pas sollicitée. Le principal souci est que ds ces conditions évidemment il chauffe énormément et cela devient dangereux.
J'ai coupé l'alimentation qlq minutes et puis rallumé après refroidissement, ... et il a re-fonctionné !
J'ai prévu plusieurs choses par rapport à cette dangerosité :
- j'avais de toute façon prévu un ventilateur qui s'enclenche dès le triac se met à conduire ;
- j'avais également prévu un contact de relais qui court-circuite le triac lorsque ce dernier conduit à 100%. Ce bypass est également utilisé pour forcer le chauffage du boiler qlq heures en fin de journée, en épargnant le triac.
- un contact de relais de sécurité en série avec la charge: son contact ne se ferme que si nécessaire, càd lorsque le triac conduit ou que le bypass est actionné. Si le triac est en court-circuit les risques seront fortement limités.
69 De Metastellaris -
Bonjour et merci pour ce super tuto !
J'ai une question relative au circuit électronique de mesure. Il y a 2 diviseurs de tension pour fournir le point milieu à 2.5V.
Je souhaite savoir s'il y a une raison à en faire 2 (l'un pour la mesure de tension et l'autre pour la mesure du courant) ?
En vous remerciant par avance,
M.
70 De Bakar -
->Metastellaris . Oui, un pont diviseur pour la sonde de courant et un pont diviseur pour la sonde de tension.