Routeur photovoltaïque – Réalisation matérielle
Routeur Multi Source
Version V9.03_RMS
Architecture
Le système se décompose en trois sous-ensemble :
- 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 ou des relais pour alimenter différentes charges. .
Mesure de puissance
La mesure de puissance en entrée de maison s’effectue par une mesure de tension et une mesure de courant pendant au minimum une période du secteur à 50 Hz, soit 20ms. La puissance étant le produit des 2.
Les produits U x I sont positifs
Les produits U x I sont négatifs
Pour effectuer cette mesure de puissance on a 7 solutions possibles. Une page est dédiée à chaque solution. Vous y trouverez le schéma électrique ainsi que la liste de courses pour les achats.
UxI
On utilise un capteur de courant dans lequel on fait passer le fil de phase du secteur. Pour mesurer la tension, on utilise un transformateur bobiné classique abaisseur de tension qui nous isole du secteur.
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
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 retrouve ici le principe de la mesure UxI (mesure tension et courant) mais avec un module précâblé simple à monter sans soudure. 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.
Pour ceux equipés d’une alimentation de la maison en triphasé, il existe le JSY-MK-333 qui avec 3 sondes de courant permet la mesure de la puissance.
Pour plus de détails voir l’article : https://f1atb.fr/capteur-uxix2-pour-routeur-photovoltaique/
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
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
Pour les personnes résidant en Belgique ou d’autres pays européens, la passerelle SmartGateways connectée au compteur électrique Siconia permet de collecter la mesure de la puissance et le sens de transfert. On peut en extraire les données en temps réel, plusieurs fois par seconde, par Wifi.
Pour plus de détails, voir l’article : https://f1atb.fr/fr/capteur-smartgateways-siconia-pour-routeur-photovoltaique/
Externe
Dans ce cas on ne fait pas directement la mesure, mais on demande à un autre microcontrôleur ESP32 qui effectue la mesure de puissance à l’entrée de la maison, suivant l’une des 7 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.
Achat
- ESP32 (3 choix)
- ESP32 38P (classique) avec ou sans antenne externe
- antenne Wifi externe
- ESP32 Wroom DevKit v2 de uPesy en France
- En option et pratique un support avec bornes à visser (XTVTX pour ESP32 Wroom chez Amazon ou Aliexpress)
Attention, certaines carte ESP32 Wroom de 38 pins ont une erreur de Sérigraphie.
Actionneurs
Pour transférer l’excédent de puissance disponible, on peut utiliser un gradateur avec un Triac ou des relais.
Attention, la charge branchée ne doit pas contenir d’électronique, sauf si vous êtes en mode ON/OFF. L’électronique ne s’accommode pas d’une alimentation découpée en entrée. Pour les chauffe-eaux à régulation électronique, il faut modifier le câblage pour insérer de préférence un relais SSR entre le thermostat électronique et les résistances. Sur ce relais, on peut mettre en parallèle si on le souhaite, le contacteur Jour/Nuit sachant que le routeur peut faire la même chose.
Gradateur – Triac
Pour ajuster le courant à injecter vers le chauffe-eau ou un chauffage, on utilise 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 :
- gradateur 16A ou 24A
- gradateur 40A avec ventilateur
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/
Un seul Triac peut être câblé. Par contre, on peut utiliser plusieurs relais comme décrit ci-après.
En l’absence de Triac, ne rien mettre sur les GPIO22 et GPIO23 qui lui sont réservés.
Relais
Une alternative au gradateur est l’utilisation de relais SSR (Solid State Relay) connectés aux GPIOs libres de votre choix (utiliser de préférence GPIO4, GPIO16,GPIO17) pour commander un ou plusieurs dispositifs. Pour en savoir plus sur les GPIO utilisables ou non, il y a un bon article ici : https://www.upesy.fr/blogs/tutorials/esp32-pinout-reference-gpio-pins-ultimate-guide
À partir de la version 8 du routeur, il est possible de commander ces relais en On/Off classique ou en mode impulsions de demi-sinusoïdes pour ajuster avec précision la puissance à transmettre à la charge.
Les relais SSR à base de composants électronique et non mécanique sont très rapide à l’ouverture et la fermeture. Il en existe de nombreux modèles de relais SSR de 10, 25 ou 40A. Ils doivent être commandables en 3.3V. Attention à bien choisir les modèles DA :
- D = courant continu DC en entrée de commande.
- A = courant altenatif AC commuté
Choisir un modèle qui supporte au moins le double du courant nominal de la charge. Prévoir un refroidisseur complémentaire si le relais est connecté à une charge puissante ex 3kW.
Routeur sur Chauffe Eau Triphasé
Dans le cas d’une installation de chauffe-eau triphasé avec neutre, on peut avec le même signal de commande sur le GPIO17 (par exemple) excité 3 relais. Le mode de régulation possible est le Multi-Sinus ou Train de Sinus en asynchrone s’il n’y a pas de Gradateur/Triac de branché.
Branchement des LEDs
Le système comprend 2 LEDs. La jaune clignote à chaque arrivée d’une mesure de puissance. La verte clignote plus ou moins vite suivant l’ouverture du Triac ou du/des relais qui alimentent la charge. On peut utiliser des modules LEDs précablés directement branchés sur les sorties de l’ESP32 ou faire un montage classique avec une résistance entre 220 ohms et 810 ohms qui alimente la diode LED et branché sur la sortie GPIO18 ou GPIO19.
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. Trois fils en sortie sont à câbler :
- noir : relié à la masse Gnd de l’ESP32
- rouge : relié au 3.3V
- jaune : relié au GPIO13
Une résistance de 4700 Ω 1/4 ou 1/8 W est à relier entre les fils rouge et jaune.
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 4 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
Le système le plus simple à monter est le capteur UxIx2. Avec les différents modules utilisés, il n’y a pas de soudure ou presque avec l’éventuel changement du Triac.
Les composants sont principalement achetés sur Aliexpress en chine. La merveille d’ESP32 est de design chinois. Cela fonctionne très bien, vérifiez simplement que le mode d’expédition proposé vous assure une livraison dans les 10 à 30 jours à venir. Parfois en payant 1 euro de plus, on arrive à accélérer l’envoi.
Plus de détails sont fournis dans les articles du blog dédiés aux différents capteurs de mesure.
Des exemples de réalisation sont donnés ici : https://f1atb.fr/fr/exemples-montage-routeur-photovoltaique-f1atb/
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/
Installation avec un Contacteur Jour/Nuit
Dans ce schéma , on garde le contacteur Jour/Nuit et on installe en parallèle le routeur.
Remarque: le routeur ne coupe pas le neutre mais la phase uniquement.
Longue distance
Pour ceux qui sont sur un grand terrain avec le Linky loin du routeur WIFI, l’utilisation d’un ESP32 avec une antenne déportée permet de doubler la portée du WIFI. On peut typiquement faire du 50m, là où votre smartphone ne captera plus le Wifi. C’est également, une option interessante pour un routeur placé dans une cave sous une dalle béton de l’autre côté de la box WIFI. Pour plus de détails, voir l’article ici.
On achète chez Aliexpress :
La sortie antenne sur connecteur SMA permet d’y rajouter une rallonge coaxiale pour placer l’antenne dans un endroit dégagé.
Comparaison des capteurs de mesure
Pour vous aider dans votre choix du capteur de mesure en entrée, voici un tableau donnant les + et les -.
| Capteur | Période échantillonnage | + | – |
|---|---|---|---|
| UxI | 40 ms | Échantillonnage rapide permettant une grande réactivité en cas de changement de la consommation | Du câblage de différents composants, difficile pour les non-électroniciens |
| Linky | 2 s | Même mesures qu’Enedis, pas de biais. | Un peu de câblages et ligne à tirer depuis le compteur. Échantillonnage lent : 2s |
| UxIx2 | 400 ms | Très simple à câbler. Zéro soudure. Échantillonnage correct. Deuxième canal de mesure | Légèrement plus cher que les autres solutions. |
| UxIx3 | 400 ms | Solution pour du triphasé, très simple à câbler. Zéro soudure. Échantillonnage correct. | Légèrement plus cher que les autres solutions. |
| Envoy-S | 400ms | Peu de câblage. Echantillonnage correct. | Limité au produit Enphase firmware V5 et V7 |
| Shelly | 400ms | Peu de câblage. Echantillonnage correct. Monophasé ou Triphasé | |
| SmartGateways | 400ms | Solution triphasée adaptée à la Belgique | |
| MQTT | — | Données en provenance de la domotique | Risque d’un temps de transfert et d’une période longue |
| Externe | 2 s | Permet de déporter le routeur près du dispositif à piloter. | Nécessite un ESP32 avec un des 8 capteurs cités plus haut pour mesurer les puissances. |
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.
Responsabilité
Articles sur le photovoltaïque
- Routeur Photovoltaïque – Installation rapide du logiciel
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- Routeur photovoltaïque – Modes de régulation
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Bonjour André, je possède 2 esp, un en version 8.06 avec un triac ventilé, sonde UxIx2 et un second (simplement pour le moment en suivi de puissance) avec un capteur UxIx2 également mais en version 8.09. les deux esp sont connectés à mon home assistant en mqtt avec une période d’envoi de 10 s.J’ai en soucis sur le second (version 8.09) je perds la connexion mqtt lors de mises à jours ou de redémarrage de home assistant. Pour retrouver la connexion il faut que je fasse un ESP32 reset.
Bonjour André 😉
Petite question, j’utilise la version UXIX2 et je dispose donc d’un triac 40A ventilé à l’aide du ventilateur. Je dispose de 2,7Kwc d’installation solaire.
J’ai deux ballons pour la production d’eau chaude. Le premier est alimenté uniquement par le triac et le deuxième est alimenté normalement par un jour/nuit.
Le premier ballon alimente en eau le deuxième. Ce qui permet que le deuxième ne s’enclenche pas si la production a été assez bonne.
Je pars en vacance 5 jours et je voulais savoir si il est possible de raccorder les 2 ballons sur le triac.
Afin que ceux ci soient exclusivement alimentés par le triac. Cela permettra de limiter l’injection sur réseau… est il possible de schunté 2 consommateurs sur 1 triac ? Sachant que la puissance n’excédera jamais 2,7 Kw sachant que c’est le max de mon installation solaire…
Cela devrait le faire avec les 2.
Cdlt
Bonjour,
Est il possible de mettre 2 sondes de T° (ou plus) ? J’ai 2 Chauffe eau en série.
Merci,
Non a ce jour une seule température
Bonjour, j’ai réussi à installer la sonde de température. je fais un teste de jour en lui indiquant en action une marche forcée « on si T<60°" et la T°C relevée étant de 37°C le chauffe-eau se met en route immédiatement, idem avec comme température si T ) car je verrai plutôt cette condition pour l’action OFF, mais celle-ci ne tient pas compte de la température à priori.
Bon je remets mon message car une bonne partie a disparu je ne sais pourquoi.
Bonjour, j’ai réussi à installer la sonde de température. je fais un teste de jour en lui indiquant en action une marche forcée on si T<60° et la T°C relevée étant de 37°C le chauffe-eau se met en route immédiatement, idem avec comme température si T ) ? car je verrai plutôt cette condition pour l’action OFF, mais celle-ci ne tient pas compte de la température à priori.
Merci de votre aide et éclairage, cordialement.
On peut mettre les 2 conditions
On si T>30 et T<60. Dans les autres cas c'est Off
Bonjour André
Vraiment super ton routeur et ses mises à jours
est il possible de mettre une sonde de temperature sur un routeur distant et en directe sur la resistance du chauffe eau pour avoir une consigne differente (par exemple en forcage edf 50 ° par le thermostat CE et en solaire 65° par le routeur) ?
ou faut il une securité thermique?
d’autre part , est il possible de mettre le SSr en forcage de nuit selon l’energie recupéré en journée ?
(exemple 7000 w solaire complement de charge la nuit OFF/ 2000w solaire: complement ON)
encore merci a toi
On ne peut pas actuellement forcer suivant le résultat de la journée.
Pour des raisons de sécurité, il faut maintenir le thermostat d’origine. Dans la version 9 du routeur, à sortir prochainement, on pourra prendre la température d’un ESP distant.
super ! si l’ESP distant peut etre un ESP-D1 ça serait top (car bien suffisant pour piloter une sonde de température)
Oui cela surement fait un jour
super la mesure distante oui
Bonjour André, fonction parfaitement avec les relais SSR.
Toutefois, j ai voulu remplacer les relais SSR par des relais mecaniques en bobine 3VDC.
J ai bien mes 3VDC sur ma sortie Gpio17 par exemple avant de connecter mes bobines mais une fois connecté, la tension au bornes du relais mecanique chute à moins d’1 volt .
Donc impossible d’activer ma bobine du relais mecanique
Ils consomment trop. Le régulateur sur l’ESP32 ne suit pas, ainsi que les sorties.
Si les relais acceptent le 5V. Branchez les au +5V et au collecteur d’un transitor 2n2222. la base via une résistance de 2.2kohm vous la branchez au GPIO de l’ESP et l’émetteur à la masse.
Cdlt
merci de votre reponse, etant nofice en electronique, auirez vous un petit schémas svp ?
en effet, j ai juste besoin d’un contact sec en sortie d’action.
Merci d’avance André
Ok j’ai compris
Pas besoin de diode anti retour ? Si oui laquelle svp ?
Non un petit relais ne génère pas des tensions de claquage énorme. Le schéma est similaire au pilotage du ventilateur ici : https://f1atb.fr/fr/triac-gradateur-pour-routeur-photovoltaique/
Cdlt
Parfait
Merci André
Bonjour, pour configurer une marche forcée du chauffe eau il vaut mieux passer par un relais ou la marche forcée du triac 40A est acceptable?
Actuellement je fonctionne avec le triac mais je trouve que ça chauffe beaucoup.
Passer par le relais est acceptable. Si cela chauffe trop, impossible de toucher le refroidisseur, agrandissez-le.
Cdlt
Bonjour André,
J’ai un chauffe eau avec un thermostat electronique, je vais donc partir sur du SSR.
J’ai quatre petites questions :
Un SSR chauffe t-il ?
Peut-on le mettre dans une boite plexo ?
J’ai vu qu’il existe des radiateurs pour les SSR, faut-il en prendre un ?
J’ai vu qu’il existe aussi des SSR allant jusqu’à 100Ampère. vaut-il mieux prendre un 100 ampères ou un 40ampères ? Un 100ampères gère peut-etre mieux la chaleur ?
Oui pour la Plexo.
Mettre un radiateur au SSR
40A suffisent. Un 100 ne gère pas mieux la chaleur. Il fait la même taille de boitier.
Cdlt
Bonjour André,
Il serait être intéressant de rajouter une commande pour activer ou désactiver le triac (mode ON) ou un relais SSR; une sorte de bouton pour activer un mode forcé. Avec le report sur Home Assistant et la gestion de celui-ci cela pourrait permettre de nombreux scénario interessant !
Est-ce envisageable ?
Encore bravo pour le travail fourni !
Cela est dans la version 9.00 qui sera publiée dans quelques jours.
Cdlt
Excellente nouvelle!
Merci encore pour ce suivi exemplaire.
Bonjour André ,
depuis la version 7 je n’arrive plus à commander le relais SSR via les pins 5, 16, ou 17. en pin 16 ou 17 j’ai une tension fixe de 1.4v et en 5 j’ai 3,4v que je les passe à 1 ou à 0; tension à vide. identique quelque soit la carte , ali ou Upesy. j’ai aussi changé de relais au cas ou, sans effet. le triac lui fonctionne bien.
une petite idée sur le PB ?
alimentation 5v 3a bien suffisante pour ce montage.
merci en tout cas pour votre assiduité et votre réactivité sur ce projet.
autre question, la page actions ne s’affiche pas correctement , pour l’avoir je suis obligé de faire un reset esp en page paramètres , et ce jusqu’à la sauvegarde si modif, après elle repasse en une grosse ligne blanche avec routage via triac et routage via relais.
une idée aussi de ce PB? effectif sur pc ou tel . version et carte remplacées sans effet.
cdlt
Je connais ce problème. Cliquez à côté sur paramètre et revenez sur Actions. Il semblerait que cela soit dû à un fichier trop gros de javascript qui ne sort pas de l’ESP32 vers le navigateur.
Pour la version 9 à sortir ces jours-ci, j’ai coupé le fichier en 2 et je n’ai plus revu ce problème sur mes 5 routeurs en fonction.
Cdlt
merci André pour cette reponse,
je l’avais retrouvée aussi sur d’autres commentaires, ne serait-il pas plus facile de monter un forum pour retrouver toutes ces discutions?
attendons la version 9 alors.
en tout cas chapeau bas monsieur André.
cdlt
Jean-Yves
bonjour,
on voit de plus en plus de choses sur les relai chinois qui seraient de la contrefacon avec un risque de ne pas supporter la puissance.
avez vous un relai et surtout un vendeur a recommander ?
Sur le site vous avez des liens vers les fournisseurs d’Aliexpress que j’utilise.
Cdlt
Bonjour F1ATB
J’ai fait la mises à jour v8.09 à v9.00 maintenant je n’ai plus de données envoyé par mon enphase alors que la session id et token et ok. Je précise que je n’ai fait que la partie logiciel et que la version 8.09 marchait. Qui a eut le même problème et la résolu ? Merci