F1ATB

Ham Radio - Radioamateur - Domotique

Routeur Photovoltaïque avec écran intégré

par · Publié · Mis à jour

Version 14

Optimiser l’autoconsommation de l’énergie solaire avec un routeur

Dans une installation photovoltaïque en autoconsommation, il est courant de produire plus d’énergie que nécessaire. Cet excédent, souvent injecté sur le réseau public, peut être valorisé plutôt que gaspillé. Une solution efficace consiste à le rediriger vers des appareils énergivores comme un chauffe-eau électrique, un système de chauffage ou une pompe de piscine.

Prenons un exemple : si votre installation solaire produit 2000 W et que votre maison en consomme 1500 W, il reste 500 W disponibles. Plutôt que de les injecter sur le réseau, un routeur énergétique les redirige intelligemment vers un chauffe-eau. Même si celui-ci a une puissance nominale de 2400 W, le routeur ajuste l’apport pour qu’il n’utilise que l’excédent disponible, sans prélever ni injecter d’énergie sur le réseau public. Il fonctionne comme une vanne régulatrice, optimisant ainsi l’autoconsommation et réduisant la dépendance au réseau.

Découpe Fonctionnelle

Le système se décompose en trois fonctions :

  • la mesure de puissance au niveau du disjoncteur principal en entrée de maison par une des solutions suivantes :
    • Linky,
    • module sonde ampèremétrique,
    • passerelle Enphase – Envoy-S Metered,
    • wattmètre Shelly Em,
    • SmartGateways,
    • serveur de domotique MQTT disposant de la mesure de puissance active
  • le traitement à l’aide d’un microcontrôleur ESP32 avec écran 320*240pixels (ESP32-2432S028R),
  • les actionneurs avec un triac et des relais pour alimenter différentes charges. Avec en option de contrôle, un capteur de température.
Routeur photovoltaïque sans écran

Nota

Ce système avec écran est fonctionnellement identique à celui sans écran des versions précédentes. L’écran permet de visualiser en direct le fonctionnement du routeur sans avoir à ouvrir un smartphone ou un PC. Avec ou sans écran, le logiciel installé sur l’ESP32 est identique et traite les 2 cas.


Par manque de broches analogiques (GPIOs) disponibles, l’utilisation avec le capteur UxI n’est pas possible. Il faut choisir une des mesures de puissance ci-après.

Multi-Sources – Mesure de puissance

La mesure de puissance en entrée de maison s’effectue par une mesure de tension et une mesure de courant. Différentes solutions sont possibles.

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 ou UxIx3

On a ici un module précâblé, simple à monter, sans soudure, qui effectue la mesure.

UxIx2

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
Shelly 3Em

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.

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 méthodes expliquées précédemment, de nous fournir les résultats en passant par le Wifi.

Traitement

ESP32 Wroom

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.

Dans ce projet, nous utilisons un ESP32-Wroom avec ou sans écran.

ESP32 Wroom carte 38 pins disponible également avec une antenne WIFI externe. Pour plus de détails consulter cet article.
ESP32 Wroom avec carte graphique 2.8 ». ILI9341 240*320 pixels
Cette carte est parfois appelée CYD ou « Cheap-Yellow-Display ».

Pour les détails de cette carte et si l’on manque de GPIOs disponibles, voir l’article « ESP32 Wroom avec Écran et extension des GPIOs« .

Il existe 2 cartes interessantes dans certains cas avec l’alimentation sur la carte , des relais mécaniques mais une programmation plus complexe nécessitant une carte USB/ Série. Voir les détails sur le site.

Après installation du logiciel du routeur sur la carte, il faut dans la page Paramètres définir le type de carte utilisée.

Pour les détails du paramétrage en version 14 voir l’article ici : https://f1atb.fr/fr/routeur-photovoltaique-v14-affichage-et-parametrage/

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 radiateur 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 radiateur au fil de terre pour la sécurité.

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

Relais

Une alternative intéressante, 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. Il faut largement surdimensionner la capacité en courant pour un système qui fonctionne des heures. C’est pour cela qu’en général, on prend des 40A.

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 1 à 4 capteurs de température, pour adapter le fonctionnement du routeur. Ce sont des DS18B20, capteurs de température étanchent qui peuvent être positionnés en extérieur ou même dans l’eau d’une piscine. Les capteurs sont connectés en parallèle. Une résistance de 4700 ohm est implanté entre le +3.3V et la sortie du signal connecté au Gpio27. Chaque capteur à un numéro d’identification différent défini en usine et permettant à l’ESP32 de les distinguer.

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.

Montage de la version avec écran

Le logiciel du routeur permet l’allumage de l’écran lorsqu’une personne passe à proximité grâce à un capteur infrarouge connecté au GPIO35.

Pour le montage, je vous propose une boite à imprimer en 3D qui inclut le couvercle sur l’arrière. Le trou en bas à droite permet de loger un capteur infra-rouge (PIR). Dans la partie basse, il est possible de loger une alimentation 230V / 5V 700mA

ecran-35Télécharger

A la première mise en route, le programme vous demadera de calibrer l’ecran en appuyant bien dans les ‘ angles. A tout moment, une pression de plus de 3s sur l’écran, relance la calibration.

Présentation vidéo

Articles sur le photovoltaïque

F1ATB André

Radio Amateur - Domotique - Photovoltaïque

Vous aimerez aussi...