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Réalisation d’un Routeur photovoltaïque Multi-Sources Multi-Modes et Modulaire

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Routeur Multi-Sources Multi-Modes

Principe du routeur photovoltaïque

Schéma du routage de l’énergie excédentaire vers un Chauffe-Eau. Le routeur solaire agit comme une vanne ( le Triac) qui s’ouvre pour laisser passer la surproduction en surveillant la puissance active en entrée de la maison afin qu’elle soit nulle.

Avec les panneaux solaires, dans une installation en autoconsommation, il est fréquent d’avoir de la surproduction d’énergie dont on ne sait que faire et qui est envoyée sur le réseau public. Une solution pour ne pas gaspiller cet excédent est de l’envoyer à un chauffe-eau électrique, un chauffage, une pompe de piscine…

Pilotage depuis un SmartPhone ou un PC (navigateur Web)

Par exemple, si vous avez une production photovoltaïque de 2500 W et 1300 W consommés dans la maison, il vous reste 1200 W de disponible pour un chauffe-eau. Le routeur permet de fournir les 1200 W au chauffe-eau et pas plus bien que normalement, il absorbe 2400 W. Le routeur agit comme une vanne régulatrice du débit. Il s’assure que zéro watt sont soutirés ou injectés avec le réseau public.

Découpe Fonctionnelle

Le système se décompose en trois fonctions :

  • la mesure de puissance au niveau du disjoncteur principal
    • sonde ampèremétrique ou,
    • Linky ou,
    • module sonde ampèremétrique ou,
    • passerelle Enphase – Envoy-S Metered ou,
    • wattmètre Shelly Em
  • le traitement à l’aide d’un microcontrôleur ESP32,
  • les actionneurs avec un triac et des relais pour alimenter différentes charges. Avec en option de contrôle, un capteur de température.

Multi-Sources – Mesure de puissance

La mesure de puissance s’effectue par une mesure de tension et une mesure de courant. La puissance étant le produit des 2. Dans cette nouvelle version 9.00_RMS du routeur, on a 8 choix de source de mesure.

UxI
UxI

On effectue simultanément une mesure de courant et de tension à l’entrée de la maison. On utilise un capteur de courant dans lequel on fait passer le fil de phase du secteur. En sortie, agissant comme un transformateur, il fournit un courant identique, mais 2000 fois plus faible. 
De même, on utilise un transformateur bobiné classique abaisseur de tension qui nous isole du secteur. Par exemple un 230v/6v. 

Le microcontrôleur ESP32, grâce à ses convertisseurs Analogique->Digital assure la numérisation et effectue les produits UxI pour mesurer la puissance.

Pour plus de détails, voir l’article : https://f1atb.fr/capteur-u-x-i-pour-routeur-photovoltaique/

Linky
Linky

La mesure de tension, de courant et de puissance est très bien faite par le Linky. En se connectant à la prise TIC (Télé Information Client) il est possible d’extraire les valeurs par une liaison série vers le microcontrôleur ESP32.

Pour plus de détails, voir l’article :

https://f1atb.fr/capteur-linky-pour-routeur-photovoltaique/

UxIx2
UxIx2 ou UxIx3

On retrouve ici le principe de la mesure UxI (mesure tension et courant) mais avec un module précâblé simple à monter sans soudure. Pour le monophasé, il s’agit du JSY-MK-194 que l’on trouve chez Aliexpress. Il dispose d’une sonde de courant mobile que l’on positionne autour du fil de phase du disjoncteur principal pour faire fonctionner le routeur. Une deuxième sonde fixe sur le module permet de mesurer par exemple le courant et la puissance en sortie du Triac. Les mesures sont transmises à l’ESP32 par une liaison série.

Dans le cas d’une installation triphasé, on a le module JSY-MK-333 qui dispose de 3 sondes de courant à placer auprès du disjonteur principale.

Pour plus de détails voir l’article : https://f1atb.fr/capteur-uxix2-pour-routeur-photovoltaique/

Envoy-S Metered
Envoy-S Metered

Pour les systèmes photovoltaïques construits avec des micro-onduleurs Enphase Energy et disposants de la passerelle Envoy-S Metered (firmware V5 et V7), il est possible d’obtenir directement les informations de puissance à l’entrée de la maison.

Pour plus de détails, voir l’article : https://f1atb.fr/routeur-photovoltaique-via-passerelle-enphase-envoy-s-iq-gatewaymetered/

Shelly Em
Shelly Em

Un module Shelly Em pour du monophasé ou un Shelly 3Em pour du triphasé implanté au niveau du disjoncteur principal permet d’obtenir sur le réseau Wifi les informations de puissances consommées en temps réel.

Shelly 3Em

Pour plus de détails, voir l’article : https://f1atb.fr/capteur-shelly-em-pour-routeur-photovoltaique/

SmartGateways.nl
SmartGateways

Dans le cas d’une installation triphasée en Belgique (3 phases sans neutre), le routeur peut se connecter à la passerelle SmartGateways qui elle-meme est connectée à un compteur Smart Meter.

MQTT

Il est possible de réaliser ce routeur avec l’ informations de puissance active obtenue après souscription auprès d’un broker/serveur MQTT comme Mosquitto pour Home Assistant, Domoticz ou Jeedom.

Our plus de détails, voir l’article : https://f1atb.fr/fr/routeur-photovoltaique-pilote-via-mqtt/

Externe

Dans ce cas, on ne fait pas directement la mesure, mais on demande au microcontrôleur ESP32 qui effectue la mesure de puissance à l’entrée de la maison, suivant l’une des 5 méthodes expliquées précédemment, de nous fournir les résultats en passant par le Wifi.

Traitement

Pour effectuer les mesures et les traitements, L’ESP32 est un microcontrôleur adapté à notre besoin. Il comprend :

  • des entrées analogiques pour mesurer des tensions,
  • des entrées/sorties numériques pour actionner un relais ou un triac si besoin,
  • des liaisons séries
  • une bonne capacité de calcul
  • une liaison WIFI pour faire du reporting à distance sur une page web ou un système de domotique.
ESP32 – Wroom – Development Board

Actionneurs

Gradateur – Triac
16 ou 24A

Pour ajuster le courant à injecter vers le chauffe-eau ou un chauffage, on peut utiliser un gradateur de chez RobotDyn composé d’un Triac et d’un système de détection du passage à zéro de la tension. Il existe 2 modèles :

40A

et sont disponibles chez Aliexpress.
Attention, le refroidisseur d’origine du Triac (modèle 16 ou 24A) est largement sous-dimensionné sachant qu’il devra fonctionner pendant plusieurs heures. Remplacez-le par un plus grand en dessoudant et déplaçant le Triac. Pensez à raccorder le refroidisseur au fil de terre pour la sécurité.

Pour en savoir plus : https://f1atb.fr/triac-gradateur-pour-routeur-photovoltaique/

Relais

Une alternative, pour ajuster le courant à injecter, c’est l’utilisation de relais SSR (Solid State Relay) sur les GPIOs (broches ou pins) libres de votre choix de l’ESP32 pour commander un ou plusieurs dispositifs suivant l’état de consommation ou injection de puissance au niveau de la maison.

Il existe de nombreux modèles de relais SSR de 10, 25 ou 40A pour la partie 230V AC. Ils doivent être commandables en 3.3V.

Schéma de câblage avec un Linky pour mesurer la puissance en entrée de maison et un relais SSR pour piloter un chauffe-eau.

Des informations liées à la réalisation matérielle sont disponibles ici : https://f1atb.fr/fr/routeur-photovoltaique-realisation-materielle/

Multi-Modes

Le Triac ou les relais peuvent être pilotés suivant différents modes pour consommer la puissance disponible.

Découpe de Sinus

Toutes les 10 ms, on ouvre le Triac durant une durée déterminée pour s’ajuster à la puissance à transférer. Pas disponible pour les relais SSR.

Utile pour les chauffe-eaux et chauffages. Régulation rapide.

Multi-Sinus

Toutes les 200 à 300 ms, on envoie une salve de quelques 1/2 sinusoïdes correspondant à la puissance à transférer. Disponible pour le Triac ou les relais SSR.

Utile pour les chauffe-eaux et chauffages. Régulation plus lente. Moins de parasites générés.

Train de Sinus

Toutes les 990 ms, on envoie le nombre de 1/2 sinusoïde correspondant à la puissance à transférer. 990 ms et non pas 1000 ms afin de ne jamais redémarrer sur le même signe de la tension et d’avoir pour les séries impaires une composante continue. Disponible pour le Triac ou les relais SSR.

Utile pour les chauffe-eaux et chauffages. Régulation lente. Peu de parasites générés.

On / Off

Fonctionnement classique d’un relais, en position On ou Off. On ne peut pas doser la puissance transmise. C’est celle que consomme normalement la charge.

Utile pour les moteurs ou systèmes comportant de l’électronique.

Des détails sur les modes de régulation et un simulateur sont disponibles ici : https://f1atb.fr/fr/routeur-photovoltaique-modes-de-regulation/

Mesure de Température

En option, on peut rajouter un capteur de température, pour adapter le fonctionnement du routeur. C’est un DS18B20, capteur de température étanche qui peut être positionné en extérieur ou même dans l’eau d’une piscine.

Architecture Multi Routeurs

Le système peut s’éclater en différents modules pour s’adapter à des distances élevées entre le disjoncteur et les équipements à alimenter. Un ESP32 est en charge de la mesure suivant l’un des 5 modes décrit plus haut et d’autres ESP32 servent de routeurs pour piloter différents équipements dans la maison. De simples relais pilotables par Wifi peuvent également être contrôlés.

On installe le même logiciel (même version) sur tous les ESP, ensuite ils communiquent entre eux par Wifi, pour obtenir les valeurs de puissances de la part de celui en charge de la mesure.

Présentation du routeur RMS en vidéo

Version 8.xx

Page Web

Le code installé sur l’ESP32 comprend un serveur Web qui permet d’afficher, sur une page, les différentes mesures ainsi que l’historique des puissances observées. Il suffit de rentrer l’adresse IP ou le ‘hostname.local ‘ de l’ESP32 dans le champ d’adresse de votre navigateur web.

Page principale – Accueil

En haut, une zone de menus pour choisir la page.

En dessous, l’heure (de France) fournie par le réseau.

Un tableau donne différentes valeurs mesurées ou calculées :

  • la puissance active Pw en Watt. C’est elle que vous payez lorsque vous soutirez,
  • la puissance apparente en VA, produit Ueff*Ieff,
  • l’énergie active soutirée depuis 0h en Wh
  • l’énergie active totale en Wh

La description des affichages est disponible ici : https://f1atb.fr/fr/routeur-photovoltaique-affichage-et-parametrage/

Visualisation à distance

Certaines des données peuvent être affiché à distance sur un mini écran qui s’allume au passage d’une personne. Les détails de la construction sont disponibles ici : https://f1atb.fr/affichage-a-distance-consommation-ou-surproduction-electrique/

Si vous changez de version de routeur, il faut mettre à jour le logiciel de l’affichage distant.

Installation du logiciel

Le code source et la procédure d’installation du logiciel sur le routeur sont disponibles ici : https://f1atb.fr/fr/routeur-photovoltaique-realisation-logicielle/

Sécurité

En travaillant sur ce projet en 230V, vous acceptez d’assumer la responsabilité de votre propre sécurité et de prendre toutes les précautions nécessaires pour éviter les accidents électriques.

En particulier :

  • Mettez à la terre (fil jaune/vert) le radiateur électrique du Triac ou des relais SSR
  • Ne désinstallez pas le thermostat d’origine d’un chauffe-eau. Il assure la sécurité en cas de surchauffe.

En plus des risques électriques, assurez-vous de monter suffisamment en température pour les risques de salmonelle ou légionellose. En vertu de l’arrêté du 30 novembre 2005, la température de votre ballon d’eau-chaude doit être réglée entre 50° et 60° Celsius pour les dispositifs de moins de 400 litres et entre 55°C et 60°C si le « volume total des équipements de stockage est supérieur ou égal à 400 litres ».

Responsabilité

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530 réponses

  1. jeannot dit :
    28 mai 2024 à 21 h 26 min

    Merci pour cette réponse rapide. Effectivement il y a plein de choses à découvrir. Je vais passer en mode param et tester.
    Bonne soirée

  2. PEREZ dit :
    28 mai 2024 à 22 h 46 min

    Petite mésaventure, qui pourrait revenir…. J’utilise le Routeur en UxI pour mon chauffe Eau depuis juillet 2023 et pas de pb jusqu’à il y à peu, passage en V8.09. Pas moyen de flasher en OTA, mais j’ai trouvé en galérant un peu, W11 faisait des siennes et le pare feu bloquait… Mais quand j’ai voulu redémarrer, pas de Triac dans les actions… En regardant de plus près, le logiciel indique que le triac est absent…. J’ai changé le triac et tout est redevenu OK. Je teste le triac défectueux et il était vraiment mort… Les chinois ne sont pas fiables… Rien à voir avec le changement de version, mais coïncidence malheureuse. qui m’a fait bien chercher… Je pense remplacer le BTA24 par un BTA41 (le courant de commande est le même, mais la puissance commutée est le double) parce que le boitier TO220 du BTA 24 est un peu juste pour passer entre 10 et 12 ampères en continu, malgré 24 ampères annoncés et un gros radiateur, les jonctions chinoises ne doivent pas être trop sollicitées…
    J’ai également eu des relais SSR 40 A (commande du réchauffeur piscine) qui ont défunté , malgré un montage sur radiateur ok , après quelques semaines à commuter du 15A. Je conseille d’éviter les bas de gamme.
    Merci André pour le suivi et les évolutions de ce projet, c’est un sacré travail .

    • F1ATB André dit :
      29 mai 2024 à 5 h 17 min

      Merci pour ce retour. Il faut être large dans le dimensionnement des relais et triacs. Ils sont beaucoup sollicités.

      Cdlt

  3. Laurent dit :
    29 mai 2024 à 18 h 55 min

    Bonjour,
    encore une petite question sur l’utilisation. J’aimerais piloter un relais mais sur un autre esp distant, par exemple sur l’ esp a l’adresse 192.168.1.10 j’aimerais piloter le relais de l’esp a l’adresse 192.168.1.11 sur le gpio 5 afin d’avoir tout sur le même écran. est-ce possible si oui j’aimerais connaitre la marche a suivre.
    cordialement Laurent

  4. Thomas Servais dit :
    1 juin 2024 à 23 h 01 min

    Bonjour André, Beau travail avec cette version 9 ! C’est un routeur ultra modulaire avec le forçage des actionneurs via MQTT. Petite question : Pour l’utilisation de plusieurs routeurs dans ma maison qu’elle est le marche à suivre ? J’utilise le SmartGateways pour la mesure. Faut-il brancher un ESP32 en permanence qui lit uniquement les données du SmartGateways et les autres routeurs connectés à cet ESP (Paramètres > Source de mesure = ESP externe) ? Ou bien on sélectionne sur tous les routeurs la source de mesure SmartGateways ? Dans le premier cas, cela a-t-il un impact sur la période d’échantillonnage, la performance des routeurs avec actionneurs .. et dans le deuxième cas, sur le Smartgetaways qui risque d’être trop sollicité ? Merci pour vos lumières 🙂 !

    • F1ATB André dit :
      2 juin 2024 à 7 h 06 min

      Vous avez bien saisi le problème. Je pencherai vers tous connecté à Smartgateways, cela evite d’accumuler les retards de transmission des données.. Mais je ne sais pas s’il est capable de tout gérer.

      Cdlt

  5. Thomas Servais dit :
    2 juin 2024 à 9 h 18 min

    Bonjour André, Cela fonctionne avec tous les routeurs connectés au SmartGateways. Pareil avec les routeurs connectés à un Esp32 en charge de la mesure uniquement mais avec un léger décalage (1s max). je reçois sur la page ‘données brutes’ certains messages type : 02/06/2024 08:55:40 : connection to SmartGateways failed (ou timeout) : 192.168.68.xx. Mais, les données remontent pourtant bien et se rafraîchissent max toutes les secondes. A observer sur le long terme. J’ai pour l’instant 3 routeurs dont un 100% finalisé, les deux autres me servent de test branchés à des charges résistives bien entendu.