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WatchDog de production solaire

Au bout de combien de temps vous apercevriez-vous que votre installation Photovoltaïque ne produit plus ?

Posez-vous honêtement cette question...passé l'enthousiasme des débuts on l'on regardait tous les jours les KW produits, on regarde maintenant une fois par semaine..par mois...au moment de faire la facture .....

Un orage a fait sauter le différentiel de protection de mon installation et j'ai mis 3 jours avant de m'en apercevoir, 3 jours de production perdus !!

J'ai donc décider de m'attaquer à une alarme qui m'indiquerai ce triste état de fait. Je voulais un truc simple et surtout, qui ne modifie en rien l'instalation.

Aprés moult cogitations, je suis parti sur l'idée suivante : même dans le pire des jours sombres, les panneaux produisent un petit peu. Il suffit donc de faire un dispositif qui déclenche une alarme si aucun courant n'a été fournis pendant 24 h consécutives. Reste à détecter la production de courant sans toucher à l'installation. Je vais pour cela détecter le champ magnétique produit par tout conducteur parcouru par un courant.

Ensuite, me reste le choix de la techno, µcontroleur ou classique... J'opte pour du classique, le fait que j'ai un stock de plus de 200 circuits MC14536 y est pour beaucoup, pour une fois que j'en ai l'utilité d'un :)

Il est quasi impossible de faire des temporisateurs de longue durée fiables avec des circuits RC, aussi j'opte pour une base de temps équipé d'un quartz 32.768 Khz qui aprés moult divisions par le 4060 fournis une fréquence de 2 Hertz.
Note qu'ici, la précision n'est pas fondamentale et qu'il est possible de remplacer le quartz par un classique circuit RC. Mais bon, j'ai un lot de quartz à rien faire alors au diable l'avarice...

J'attaque ici mon temporisateur programmable 4536 qui est programmé pour donner son impulsion de sortie au bout d'environ 16H, ce qui suffit à la tâche. On peut bien choisir un autre rapport de division si on le désire.
Le temporisateur est mis à 0 lors de l'allumage de la bête et maintenu dans cette état dés que du courant est détecté. Si ce n'est plus le cas, le comptage commence et s'il atteint le maximum, la sortie DecOut passe à 1, ce qui déclenche l'alarme
et inhibe le circuit qui reste alors dans cette position. Il y restera jusqu'à ce que du courant soit produit à nouveau ou que l'on appuis sur le reset afin de couper l'alarme.

Au niveau visuel, le circuit se compose de :

- Une LED bleue, fixe en cas de production active, clignotante quand le circuit compte.
- Une LED verte qui indique qu'un production de courant est détectée.
- Une LED rouge qui clignote quand il n'y a pas eu de production aprés 16H
- Un buzzer qui sonne par intermitance quand la led rouge clignote

Un bouton reset, qui permet d'arréter l'alarme (Note, si la production ne revient pas, le montage resonnera au bout de 16H)

Voici le schéma de l'engin :

On pourrait le simplifier un peu mais il me convient comme cela. Libre à vous bien sûr de l'adapter à votre convenance.
Pour faciliter le cablage, j'ai utilisé un réseau de transistors au lieu de transistors séparés, mais tout PNP genre 2N2907, 2N3906, BC557 etc feront trés bien l'affaire.

Pour la détection du courant, j'ai pris un ampli Op à FET, avec un étage à haute impédance qui amplifie le signal à large bande, suivi d'un ampli à bande beaucoup plus étroite centrée sur 50HZ.
La tension de sortie est redressée et comparée à la masse virtuelle. Dés que la tension créte dépasse le seuil de conduction de D6, C19 se charge et l'ampli de sortie monté en comparateur bascule.
Le dernier ampli est monté de manière à créer une mase virtuelle évitant le besoins d'une alimentatioon négative.

Voici mon proto de l'ampli sur "BreadBoard" avec just un ampli double LF353 :

La sensibilité est de l'ordre du mV.

Pour pouvoir brancher le biniou sur l'installation sans avoir à la modifier ni débrancher aucun fils, j'ai pris un tore de ferrite
que j'ai coupé en 2 à l'aide d'un disque abrasif monté sur une Dremel.
Reste à bobiner environs 200 spires de fils de cuivre émaillés entre 2 et 4/10 sur une des moitiés.
J'ai ensuite soudé un cable blindé puis noyé le tout dans de la colle.

Il suffit ensuite d'encerclé un des fils (et un seulement ) qui sort de l'onduleur et de refermer le tore avec du scotch ou autre...

Plus on met de spires, plus le montage sera sensible, attention de ne pas en mettre trop car il détectera des champs parasites...

Pour ceusse qui voudrait pas s'enquiquiner à bobiner, on peut prendre des détecteurs tous fait de ce style :

Current%20detector.JPG

Checher "Current sensor" sur Ebay. (ATTENTION : ne pas prendre de modéle avec diode ou redresseur intégré, ou alors le virer)

On peut régler la sensibilité au besoin en modifiant la valeur de R11.

Pour le buzzer, j'ai pris un modéle de panneau Piezzo. Il faut un modéle à oscillateur intégré. Là encore on peut modifier le schéma selon le type d'alarme désiré.

Dans mon cas, j'ai séparé le panneau du reste du montage. J'ai taillé le panneu dans une plaque de PVC.

Puis j'ai monté les Leds, le buzzer et un bon vieux poussoir des familles qui trainait....

Ensuite , j'ai fait une petite coque protectrice

J'ai soudé les écrous, le montage se fait en "Sandwich"

Et voilà :

Maintenant je monte le tout sur un circuit proto. J'ai mis des cavaliers pour pouvoir changer la programmation du timer.
J'ai aussi blindé l'ampli, c'est peut être superflu mais ça mange pas de pain. J'ai enlevé le couvercle pour la photo.

Reste plus qu'à fabriquer la boite

Et voilà, prêt à monter !

Petite astuce pour tester le montage sans avoir à attendre 16h... Enlever le cavalier JP1 et relier la broche 3 du 4536 à la 9 du 4060.
Le temps passera alors 16384 fois plus vite, et vous n'aurez qu'a attendre 4 secondes l'alarme....

Je rappelle encore une fois que, ayant déjà trés peu de temps pour mes propres projets, je ne fabrique rien pour personne. Inutile donc de me demander de vous en faire un.
Je ne fait pas de circuit imprimé, mais si l'un d'entre vous en fait un, je peux le mettre sur le site.

Et voilà, un montage qui peut être vite amorti !!!!

Et en prime, la liste des composants :

Buz1    = 1 x Buzzer Piezo

C1,C2    = 2 x 22p
C3,C4,C5,C13    = 4 x 10µ
C6,C7,C9,C12,
C16    = 5 x 100n
C8    = 1 x 47µ
C10    = 1 x 33µ
C11    = 1 x 4.7n
C14,C15,C18    = 3 x 470n
C17    = 1 x 1µ
C19    = 1 x 220n
C20    = 1 x 330n
C21    = 1 x 22µ

D1    = 1 x 1N4001
D2,D3,D4,D5,D6,
D7    = 6 x 1N4148

DZ1    = 1 x BZW04-13

Jp1    = 1 x Test

L1    = 1 x 150µH
L2    = 1 x Current Pickup

LED1    = 1 x Red
LED2    = 1 x Blue
LED3    = 1 x Green

R1    = 1 x 150k
R2    = 1 x 22k
R3,R20    = 2 x 330k
R4,R7,R15,R23    = 4 x 6.8k
R5    = 1 x 10M
R6,R9    = 2 x 47k
R8,R24    = 2 x 330
R10    = 1 x 1k
R11    = 1 x 470k
R12    = 1 x 1.3k
R13    = 1 x 270k
R14    = 1 x 15k
R16    = 1 x 100
R17    = 1 x 300
R18    = 1 x 1M
R19,R22    = 2 x 150K
R21    = 1 x 120k

S1    = 1 x Push-Button

T1,T2,T3,T4    = 4 x TUP

A1    = 1 x TL074
U1    = 1 x CD4060
U2    = 1 x MC14536 BCP
N1    = 1 x CD4093 BCP

VR1    = 1 x 7809

XTal1    = 1 x 32.768 KHz

Comment faire fonctionner des panneaux solaires reliés au réseau pour avoir du courant en cas de panne EDF ?

De nombreuses personnes on investis dans des panneaux solaires en vue de revendre l'electricité à EDF.
Je ne discuterai pas ici de la justesse d'un tel investissement, ce sujet étant amplement traité sur le net.
Ces installations ne fonctionnent par nature que quand le secteur est présent.
Même si l'EDF fournis du courant avec constance, il arrive que l'on soit privé de courant pendant des temps plus ou moins long suite à des tempêtes ou autres pannes.
Il est aussi possible que dans le futur, ces coupures soit plus fréquentes à cause de délestages dues à des pics de consomations et à des manques d'investissements.
(Je pense que la privatisation d'EDF a été une des plus belles conneries de nos chers gouvernants, au lieu de suivre le but original de fournir de l'electricité au meilleur prix à tout le pays, il faut maintenant faire du profit pour des actionnaires.... Enfin, c'est comme ça... j'arrête là, mon site n'étant pas une tribune politique)

Dans ce cas, il est trés frustrant d'avoir des panneaux solaires avec des kiloWatt à revendre et ne pas en profiter.
Les installations pour particulier sont souvent de 3KW et même sans grand soleil, il y a de la puissance disponible en jo!
Mon idée n'est pas d'utiliser des batteries chères et de durée de vie assez faible mais de profiter en 'Live' de la puissance disponible.
Imaginez une belle journée moyenne, on peut espérer avoir au moins 1 à 2 kw assurés de 10h à 17h , estimations à pondérer selon la saison et l'installation.
Ceci est largement suffisant pour faire marcher un congélateur, une pompe, un PC, charger des batteries, etc...

J'ai donc décidé de trouver une solution à ce problème.

A LIRE MISE EN GARDE IMPORTANTE A LIRE

En France les installations destinées à revendre du courant à EDF sont complétement indépendantes du circuit de l'habitation et ont leur propre compteur.
Elles sont conçues pour ne PAS FOURNIR de courant quand il n'y a pas de tension secteur. Donc si l'EDF coupe le courant, ils s'attendent bien sûr à ce qu'il n'y ai pas de tension sur les lignes. Elles ont été normalement installées et vérifiées par des personnels compétents et on n'est pas censé y apporter des modifications.

Donc, si l'on veut faire fonctionner l'installation de manière autonome, il est IMPERATIF avant de completement DECONNECTER le circuit du réseau EDF.
Le non respect de cette règle élémentaire pourrais entrainer des dommages corporels aux personnels et entrainer des poursuites.

Cette article a pour but d'exposer une idée et de donner des informations techniques.
Je ne saurais en aucun cas être tenu responsable de problèmes provoqués par des inconscients inconpétents qui s'en inspireraient pour eux même ou pour d'autres.

Si vous décidez de brancher votre installation de manière autonome en cas de panne de courant, c'est à vous d'assumer vos responsabilités et de vous assurer de la totale isolation entre votre circuit et le réseau de distribution. Il est donc necessaire d'avoir un minimum de connaissance de base en electricité et si vous avez le moindre doute sur le fonctionnement, ne FAITES RIEN.

Rappel sur le fonctionnement des onduleurs Grid

Pour bien comprendre le probléme, il est indispensable de bien comprendre le fonctionnement de ces onduleurs destinés à la revente de l'electricité à EDF. Ils sont en effet de conception différentes de ceux destinés à la consomation directe.

Rappel sur la tension secteur en France

Pour bien comprendre les explications qui suivent, voici un résumé des caractéristiques de la tension du secteur en France :

Sa nature est	Alternative, sinusoïdale
Sa valeur efficace est	U_eff = 230V
Sa valeur maximale est	Um = 230 V x 1,414 = 325 V
Sa période est	T = 0,02 s = 20 ms soit 1/50 s
Sa fréquence vaut	f = 1/(0,02s) = 50 hertz.

Fonctionnement d'un onduleur standard

les onduleurs courants que l'on rencontre souvent en informatique ou dans des instalations autonomes sont en fait des convertisseurs Continu -> alternatif. Il transforme une tension continue issue d'une batterie en une tension secteur alternative plus ou moujns sinusoidale.
Vue de la charge ils se comporte comme une simple prise de courant et leurs algo de fonctionement peut grossièrement se résumer à :

- Maintenir une tension de 230V et fournir le courant demandé par la charge tant qu'il ne dépasse pas la limite max disponible.

Un groupe electrogène agit de même mais utilise une génératrice mue par un moteur thermique au lieu d'une batterie.

Il est donc évident qu'un tel onduleur ne fournis aucun courant tant qu'il n'y a rien de branché dessus.

Fonctionnement d'un oduleur Grid

La problématique d'un onduleur connecté sur se réseau EDF est tout autre. Son but est d'injecter dans celui-ci TOUTE la puissance fournie par les panneaux solaires.
Il partent du principe que la demande de puissance du réseau est bien supérieur à ce qu'il peuvent fournir.
De plus, la tension secteur étant alternative, ils doivent bien sûr se synchroniser avec elle.

Alors comment ça marche : les lois de Kirchhoff sont trés claires : pour faire circuler un courant entre 2 pôles, il faut qu'il y ait une différence de potentiel entre eux.
Donc si l'onduleur se contentait comme un onduleur classique de générer la même tension que le secteur, il n'y aurait aucun courant fourni et les panneaux ne serviraient à rien.

Les onduleurs Grid augmentent donc leur tension de sortie de manière à faire circuler un courant vers le réseaux. Il le font jusqu'à ce que le courant fournis soit maximum par rapport à la puissance fournie par les panneaux (Qui ont un point de rendement maximal selon l'éclairement fourni)

Pour résumer leurs algo de fonctionement peut grossièrement se résumer à :

- Si pas de tension secteur ou pas de tension suffisante sur les panneaux solaires, ne rien faire.
- Si une tension secteur est présente, fournir une tension synchrone et l'augmenter ou la diminuer jusqu'à ce que le courant fourni soit le maximum disponible sur les panneaux.
- Si la tension deviens trop haute, (Charge insuffisante) ne rien faire, attendre quelque instant et ré-essayer.

Il découle donc bien de la description ci-dessus que l'onduleur ne fournis rien s'il n'y a pas de tension secteur et que s'il y a du soleil, il s'adapte de manière continue afin de fournir au réseau toute l'energie disponible sur les panneaux.
Et c'est top car c'est exactement le but recherché afin de transformer tous ces ampères fournis à EDF en Euros sonnants et trébuchants....

Mais le hic, comme exposé en tête de cet article, c'est que pas de tension secteur, pas de courant photo-voltaïque... alors commant faire :

J'ai lu sur Internet que des petits malin proposait la solution suivante : Mettre un onduleur de PC ou un groupe électrogène et l'onduleur croyant le secteur revenu va fournir du courant.

Ceci est vrai que dans certains cas. En effet, dés que l'onduleur détecte le présence d'une tension, il va en effet démarrer et augmenter sa tension afin de fournir toutes l'énergie disponible. Et c'est là que le problème se pose. Si la charge n'absorbe pas le courant produit, la tension va augmenter jusqu'a la limite et mettre l'onduleur en sécurité. De plus, le groupe electrogène ou l'onduleur PC risque fort de ne pas apprécier du tout de recevoir du courant car il est n'est pas conçu pour cela. Sa réaction va donc être de décédé avec forte manifestations de fumée dans le pire des cas ou de disjoncter.
Même si la charge est adapté, il est diffiicile de démarrer le système et que la charge et/ou l'éclairement ne varie que dans les limites de tensions permises ce qui n'est pas facile...

Solution proposée

A coeur vaillant, rien d'impossible dit un vieux proverbe. Aussi, j'ai cogité afin de trouver une solution à ce problème. La voici, il y en a surement d'autres et je suis bien sûr preneur de toutes idées ou suggestions...

L'idée est de simuler le réseau par une charge fictive. Ma solution repose sur 2 modules :

- Un petit générateur fournissant un tension alternative de 50hz avec une tension de l'ordre de 250V et un assez forte résistance interne.
- Une charge capable d'absorber la puissance Max des panneaux et qui entre en fonction aus dessus de 230V.

Voici la description du fonctionement :

Imaginons qu'a un instant T, je branche à la sortie de l'onduleur grid mon dispositif et le mette en route.

Le générateur démarre et sa tension tend vers 250V. Mais dés qu'elle dépasse la limite de 230V la charge entre en fonction et comme la résistance interne est assez haute, un léger courant passe dans la charge et la tension se stabilise à 230V.
L'onduleur grid détecte la présence de la tension, démarre et tente d'augmenter sa tension pour fournir le max de courant disponible dans les paanneaux.
La encore, dés que la tension dépasse 230V, la charge absorbe le courant et la tension reste de 230 V.

Si par exemple, l'ensoleillement à ce moment permet de fournie 2kW, ces 2 kW se dissipent intégralement dans la charge. Imaginons que je branche une lampe de 500w à se moment, le courant vas se partager et il y aura 500W dans la lampe et 1,5kW dans la charge.

En fait, le courant dans la charge m'indique le courant (et donc la puissance) disponible à tout instant.

Le systéme se régule tout seul. Si le courant demandé est supèrieur à celui disponible, l'onduleur de coupera.

Mon installation solaire est de 3kW max. Il me faut donc une charge capable d'absorber cette puissance. Un radiateur peut faire l'affaire mais je pense utiliser la résistance chauffante de mon chauffe-eau qui fait cette puissance. De plus l'énergie ne sera pas perdue. (Attention, il ne fait pas faire bouillir l'eau !!)

Autre probléme: Comment alimenter le petit générateur. Une batterie est bien sûr envisageable mais je pense utiliser un petit panneau solaire. Comme de toute façon, tous ce bazard ne marche que si notre étoile préférée nous éclaire...

Réalisation pratique

Bon, he bien c'est au pied du mur que l'on voit le mieux le mur comme dit Bigard !!

Je travaille sur le biniou et metrait le schéma en ligne ASAP...

A suivre...

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