ITE fibre de bois

IMG_20221106_110447.redimensionne.jpg, nov. 2022

Cet article complète de précédents articles : Isolation thermique par l'extérieur et Isolation par l'extérieur rapportée sur des briques monomurs.

1. Pourquoi isoler avec de la fibre de bois

Les murs sont réalisés à l'aide de briques monomurs. Cette brique agit comme un climatiseur l'été et permet une régulation hygrométrique : si l'air est trop humide, elle absorbe l'humidité, si l'air est trop sec, elle la restitue. Du fait de la répartition de l'isolation, la brique procure de l'inertie au logement, ce qui favorise le stockage des calories produites par le poêle de masse et le chauffage solaire passif. La qualité de la pose des briques est essentielle.

Briques-mono2_m.jpg, nov. 2022

Malheureusement, nous déplorons de nombreux ponts thermiques qui affectent l'efficacité thermique du logement. Ci-après figure un exemple de pont thermique. Un isolant extérieur perméable à la vapeur d'eau (fibre de bois) permet d'améliorer l'efficacité thermique en conservant les propriétés de régulation hygrothermique de cette brique.

Briques-mono-defaut1-150x150.jpg, nov. 2022

Pour nous faire la main, nous avions isolé un mur de 35 m2 séparant le garage de l'habitation avec de la fibre de bois. Cette opération avait permis de faire passer le coefficient d'isolation R de 3,08 m2.K/W à 5,46 m2.K/W. Les déperditions, pour ce mur, sont divisées par 6.

Les déperditions thermiques du logement sont évaluées à 6 kW et le poêle à bois est d'une puissance de 3,7 kW. Cela explique le fait que nous avons en moyenne 20 jours difficiles par an et par grand froid. Le fait de sur-isoler permet d'améliorer le confort d'hiver en réduisant les déperditions thermiques en dessous de 3,7 kW afin que le poêle existant soit adapté (donc sans augmenter la puissance du chauffage).

En outre, l'isolation améliore le confort d'été ainsi que notre empreinte carbone.

Dans l'article qui suit, nous allons partager la suite de cette opération.

 

2. Fixation d'une ossature en bois

Pour commencer, nous avons fixé au pied du mur, à l'aide d'équerres de 60 x 60 mm, une lambourde en pin de classe 4 et de section 45 x 70 cm. Pour notre besoin, elle a été coupée à la section 45 x 60 mm. Toutes les coupes de bois (lambourdes, chevrons, liteaux ...) ont reçu un traitement de type "Owatrol Pro Produit de coupe".

La lambourde a été placée horizontalement à 20 cm au dessus du niveau du sol. Afin d'éviter les remontées d'humidité dans l'isolation, nous avons placé un joint Compriband entre le mur et le chevron (visible ci-dessous). Le joint utilisé permet de compenser un espace compris entre 4 et 11 mm. Préalablement à la pose, la lambourde horizontale a été percée tous les 60 cm afin de fixer ultérieurement et à l'aide de vis, les chevrons verticaux à la lambourde horizontale.

IMG_20221029_154437.redimensionne.jpg, nov. 2022

Un chevron de section 40 x 60 mm a été fixé horizontalement en haut du mur. Préalablement à la pose, ce chevron horizontal a été percé tous les 60 cm afin de fixer ultérieurement et à l'aide de vis, les chevrons verticaux au chevron horizontal. Puis des chevrons de section 40 x 60 mm ont été fixés verticalement tous les 60 cm (entre les axes) à l'aide d'équerres 60 x 60 mm posées en quinconce. Une distance inférieure au mètre a été respectée entre les équerres. Cette distance a été réduite (70 cm) à proximité du coin du mur. L'espace séparant les chevrons verticaux est de 56 cm. La pose des lambourdes et chevrons demande de la précision.

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Chaque équerre a été fixée au mur puis fixée au chevron après contrôle de l'alignement par rapport à un plan horizontal imaginaire. La planéité a été contrôlée à l'aide d'un fil tendu entre les extrémités du plan. Cela permet d'obtenir des défauts de planéité compris entre 1 et 2 mm. Les équerres ont été fixées au mur à l'aide de deux chevilles Crampon bleu universelle 4/7 et de vis à tête bombée 5 x 50 mm. Afin de permettre une excellente préhension des chevilles et de ne pas exploser le mur, les trous dans la brique monomur ont été réalisés à l'aide d'un perforateur pneumatique et d'un forêt béton de 6 mm, puis élargis à l'aide d'une perceuse à percussion et d'un forêt béton de 8 mm.

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3. Pose de panneaux d'isolation en fibre de bois

L'espace entre les chevrons a été rempli à l'aide de panneaux de fibre de bois d'épaisseur 60 mm. Ils ont été posés de telle manière qu'ils affleurent l'ossature en bois. La largeur des panneaux de fibre de bois est de 57,5 cm. Ils ont été légèrement compressés sachant que la largeur entre les chevrons est de 56 cm.

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4. Pose d'une pare-pluie en fibre de bois

Un panneau pare-pluie en fibre de bois d'une épaisseur de 22 mm a été posé sur l'ossature en bois. Ce panneau complète l'isolation, casse les ponts thermiques inhérents à l'ossature en bois et apporte une étanchéité à l'air. Ces panneaux ont été vissés provisoirement sachant qu'ils ont reçu par la suite un lattage en bois.

La densité du panneau pare-pluie en fibres de bois d'épaisseur 22 mm (270 kg/m3) est supérieure à celle du panneau isolant en fibres de bois d'épaisseur 60 mm (55 kg/m3). Cela crée une inertie thermique à l'extérieur de l'enveloppe et induit un déphasage thermique. Le confort d'été s'en trouve augmenté, combiné à la brique monomur qui agit comme un climatiseur naturel, nous notons une température intérieure très fraiche l'été (24°C intérieur pour 38°C extérieur).

IMG_20221030_121923.redimensionne.jpg, nov. 2022
IMG_20221030_174602.redimensionne.jpg, nov. 2022

 

5. Pose d'un lattage et d'un contre lattage

Bien que ce mur soit sous un auvent, nous le savons exposé partiellement à la pluie. Nous disposions d'un reste de pare-pluie hautement perméable à la vapeur d'eau et avons choisi de le poser sous le futur bardage horizontal à claire voie. Le mur a reçu ensuite un lattage et un contre lattage à l'aide de liteaux de bois de classe 3 et de section 22 x 45 mm. Cela permet d'assurer une ventilation sous bardage. L'entraxe vertical est de 60 cm. Horizontalement, nous avons observé une distance de 50 cm entre les liteaux. La pose des liteaux, qu'il soient horizontaux ou verticaux, notammement pour les premiers, demande de la précision.

IMG_20221101_170550.redimensionne.jpg, nov. 2022

Le liteau situé à proximité du coin du mur a été doublé.

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Une grille anti-rongeur a été placée en bas du mur. Elle est figée/coincée entre le liteau de lattage et le liteau de contre lattage.

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Cette photo, prise en dessous du complexe, permet d'observer que la grille anti-rongeur recouvre également le panneau pare-pluie de fibre de bois d'épaisseur 22 mm.

IMG_20221101_153200.redimensionne.jpg, nov. 2022

L'étanchéité entre le pare-pluie et la charpente a été réalisée à l'aide d'un adhésif spécifique (PROCLIMA TESCON). L'étanchéité entre le pare-pluie et la maçonnerie a été réalisée à l'aide d'une colle (PROCLIMA ORCON). Nous avons observé qu'au niveau du recouvrement des lés de pare-pluie, malgré la tension, un écart pouvait se créer et nuire à la ventilation naturelle sous le bardage. Pour corriger le tir, nous avons utilisé un adhésif double face entre les deux lés (PROCLIMA DUPLEX).

IMG_20221105_102850.redimensionne.jpg, nov. 2022

 

6. Pose d'un bardage vertical à claire-voie

La première planche de bardage en bois (douglas) brut de sciage a été vissée au lattage. La pose de la première planche et des suivantes demande de la précision.

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Nous avons observé un espace de 8 mm entre chaque planche.

IMG_20221106_110417.redimensionne.jpg, nov. 2022

Cet article est en cours de rédaction

Une consommation électrique en baisse

Voici un aperçu de notre consommation électrique annuelle en kWh. Elle est d'environ 925 kWh grâce à la sobriété énergétique, deux modules photovoltaïques (600 Wc), une éolienne Piggott 2m40 (700 Wc), un chauffe-eau solaire thermique (7.5 m2) et un Power Router. En therme d'efficacité et de rentabilité, notre préférence va au solaire passif et thermique. En effet, si le logement est bien isolé et exposé, et l'eau chaude produite à l'aide du solaire thermique, alors le besoin en électricité est très limité.

 

Capture d’écran du 2022-10-28 08-51-54.png, oct. 2022

Simulés avec le logiciel CALSOL de l'Ines, nous estimons les apports solaires passifs à 8000 kWh et les apports solaires thermiques à 2600 kWh.

L'énergie produite localement est 100% renouvelable et au plus proche du consommateur (<15 m). Les pertes par effet joule et liées au transport sont réduites au maximum. Cela ne parait pas dans le graphique, mais le gain environnemental est très important sachant que ni l'éolienne, ni le solaire passif, ni le chauffe-eau solaire thermique, ni les modules photovoltaïques n'émettent de C02.

Le coût de annuel de l'electricité est d'environ 160 €. Il faut ajouter le coût de l'abonnement annuel : environ 140 €. Si l'électricité augmente de 15% en 2023, le coût annuel de l'électricité devrait augmenter d'environ 25€. Passer à la production locale d'énergie renouvelable, c'est une manière élégante de moins polluer et d'atténuer les effets de la hausse inéluctable du coût de l'énergie (donc de maintenir tant bien que mal son pouvoir d'achat).

Oui mais est-ce bien rentable ? Grâce à l'auto-construction ou à l'auto-installation, nous estimons le retour sur investissemement à 5 ans pour le chauffe-eau solaire thermique et 7 ans pour les deux modules photovoltaïques. Le temps de retour sur investissement devrait baisser du fait de la hausse du coût de l'énergie.

Voici un aperçu de la consommation électrique (par jour) en octobre 2022. Habituellement, la consommation électrique augmente légèrement en octobre. Elle était d'environ 71 kWh en octobre 2021 et sera d'environ 50 kWh en octobre 2022. Cette situation témoigne d'un ensoleillement exceptionnel pour le mois d'octobre 2022.

 

Capture d’écran du 2022-10-28 08-54-48.png, oct. 2022

Voici un un aperçu de la consommation électrique le 22 février 2022. Elle était de 0.4 kWh. La particularité de cette journée, c'est que le temps était couvert avec un vent continu. Cet aperçu illustre l'effacement d'une consommation électrique à l'aide d'une éolienne Piggott 2m40 (700 Wc).

Capture d’écran du 2022-10-28 08-53-48.png, oct. 2022

Lettre d'information n°4

 

DSC_0398.jpg, oct. 2022

 

 

Atelier de fabrication d'un Power Router

Un atelier de découverte d'Arduino et du Power Router était organisé le 11 juin 2022 à Villégats dans l'Eure. Ce dispositif permet de dériver les surplus d'énergie électrique dans un stockage d'eau chaude. Il permet en outre d'augmenter le taux d'autoconsommation, c'est à dire la part consommée de l'énergie produite par des modules photovoltaïques ou une éolienne. L'atelier a permis d'accueillir 3 participants et d'identifier les difficultés. A l'issue, nous avons décidé de rédiger un compte-rendu détaillé retraçant la construction d'un Power Power pas à pas.

Atelier de découverte du solaire thermique

Un atelier de découverte du solaire thermique était organisé le 18 juin 2022. Nous avons accueilli 6 participants. L'énergie solaire est disponible partout en Europe. Un chauffe-eau solaire thermique permet de couvrir 60% des besoins en eau chaude, y compris en Normandie. L'idée de cet atelier était de promouvoir et faciliter l'auto-installation d'un chauffe-eau solaire thermique. Le contenu théorique et pratique de ce stage a été renforcé. A cette occasion, les participants ont pu s'initier à la plomberie, réaliser des masques solaires, étudier le gisement solaire, simuler le productible ou encore installer un chauffe-eau solaire en circulation forcée.

Atelier de découverte du solaire thermique à Saint Georges Motel dans l'Eure

Une seconde session de l'atelier de découverte du solaire thermique était organisée le 25 juin 2022 à Saint Georges Motel dans l'Eure. Cette session était organisée par le tiers-lieu Le Ressourc'Eure. Cet atelier a permis d'accueillir 10 participants.

Atelier de découverte du solaire photovoltaïque

Un atelier de découverte du solaire photovoltaïque était organisé le 2 juillet 2022. L'idée est de promouvoir la sobriété énergétique et faciliter l'auto-installation de modules photovoltaïques. Le contenu théorique et pratique de ce stage a été renforcé. Nous avons accueilli 6 participants.

Ces Sarthois qui ont fait le choix du solaire

Bernard a suivi l'atelier de découverte du solaire photovoltaïque du 2 juillet dernier. Il a depuis auto-installé son système, divisé sa consommation électrique par 2 et partagé son expérience les 8 et 9 octobre dernier au cours d'un événement organisé par le Conseil du développement de la Vallée du Loir (72). Tout d'abord merci de votre intérêt pour nos ateliers et surtout bravo pour vos efforts et votre réussite. Quant à nous, c'est une immense reconnaissance que de voir un atelier collectif et associatif déboucher sur des actions concrètes en matière de transition énergétique.

Construire un Power Router pas à pas

Un compte-rendu détaillé illustrant la construction d'un Power Router pas à pas a été rédigé. Il faut bien voir cet article comme un compte-rendu. Cet article s'adresse à des bricoleurs curieux, libres, autonomes et responsables soucieux de comprendre. Libre à chacun de s'en inspirer, l'améliorer, le construire ou non. Nous ne vendons pas ce dispositif (voir le chapitre 0. Préambule), nous n'assurons pas l'installation, ni le débuggage ou la maintenance.

Baisse de la consommation électrique

Notre consommation électrique continue de baisser. Elle est passée en quelques années de 4800 kWh à 925 kWh. C'est en combinant la réduction des besoins avec une production locale d'eau chaude et d'électricité que nous nous avons divisé par 5 la consommation d'énergie électrique. Nous cherchons également à réduire toutes nos consommations et notre impact en matière de transport, consommation d'eau, chauffage, déchets... et produire localement tout ou partie de nos besoins. Nous avons identifié des pistes intéressantes afin de réduire notre consommation d'eau et de chauffage lesquelles ouvrent de nouvelles perspectives de développement.

Vacances en train + vélo

Chaque année, nous expérimentons le vélotourisme. Cette année, nous sommes partis depuis Vernon jusque Hendaye par le train. Nous redoutions le passage de la gare Saint-Lazare à la gare Montparnasse. En fait les voies cyclables se développent bien et il est possible d'effectuer ce trajet de façon sécurisée en 15 minutes environ. Depuis Hendaye nous sommes remontés jusque Bordeaux à vélo via la Vélodyssée. C'était une belle expérience et nous sommes impatients de repartir vers une autre destination.

Micro-éolienne, version 7 in progress

Nous poursuivons le développement d'une micro-éolienne. L'idée de ce projet est de proposer une petite machine simple, durable et un manuel de construction. Cette machine permet l'électrification d'un petit site isolé en 12 V tel qu'une cabane, un van ou encore un bateau. La taille de cette machine est volontairement réduite afin de limiter les coûts de manière à faciliter sa construction et son implantation dans le cadre de projets d'éducation au développement durable. La fabrication de cette machine permet d'aborder de nombreuses thématiques (énergie, sobriété énergétique...), d'acquérir de nombreuses connaissances (électricité) et savoir-faire (travail du bois et du métal). Celui ou celle qui fabriquera cette machine sera en mesure de l'entretenir et de la réparer. Ce qui lui confère un excellent indice de réparabilité. Nous avons reçu un soutien que nous tenons à remercier. Cette aide va nous permettre d'améliorer l'alternateur et de choisir un profil de pale adapté.

Rocket stove orienté cuisine

Nous proposerons un manuel de fabrication vers la fin mars 2023 afin de faciliter l'auto-construction.

Projets associatifs

Depuis 2015, l'association P'tiwatt développe et anime des ateliers afin de promouvoir la sobriété énergétique. L'intérêt général a été systématiquement recherché. Plus de 300 participants ont suivi un atelier. 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 n'a reçu aucune subvention ni soutien, ce malgré les démarches effectuées. Sur le même temps, le nombre de candidats souhaitant participer à un atelier augmente tandis que l'engagement associatif et bénévole diminue (ce dernier point est compréhensible au regard du manque de reconnaissance pour les bénévoles engagés). C'est la raison pour laquelle nous envisageons, au cours des prochains mois, de réduire certaines activités et de nous recentrer sur quelques projets de développement.

Ces Sarthois qui ont fait le choix du solaire

Bernard a suivi un atelier de découverte du solaire photovoltaïque organisé par l'association P'tiwatt en juillet dernier. Il a installé son système, divisé par 2 sa consommation électrique et partagé son expérience via le Conseil du développement de la Vallée du Loir (72).

 

Solaire en Pays du Loir.jpg, oct. 2022

Bernard nous fait part de son retour d'expérience, sa consommation électrique est divisée par 2.

 

22 mise en route photovoltaique Mareil  données Enedis.jpg, oct. 2022

Bravo, merci du retour et bonne suite pour vos projets !

Construction d'un Power Router pas à pas

Cet article vous présente la construction d'un Power Router pas à pas.

278828305_2439708296172375_6994791725378317305_n.jpg, juin 2022

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:

puissance_14mai.png, juil. 2022

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 :

courbeauto.jpg, juil. 2022

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.

20190311_Puissance-1MO-1jour.png, juil. 2022

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.

Capture_d_ecran_du_2022-07-10_10-08-33.png, juil. 2022Source : 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.

Capture_d_ecran_du_2022-07-10_10-16-26.png, juil. 2022Source : 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.

Capture_d_ecran_du_2022-07-10_17-26-26.png, juil. 2022Source : 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.

Capture_d_ecran_du_2022-07-10_17-26-52.png, juil. 2022Source : 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.

Capture_d_ecran_du_2022-07-10_17-27-21.png, juil. 2022

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.

Schema2.png, juil. 2022

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.

bta16600b-16a-triac-600v-to220-1-5056-944030645.jpeg, juil. 2022

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.

RobotDyn-Thyristor-AC-Dimmer-24A-600V-1-Kanaal-3.3-5V-logic-1500x1500h.jpg, juil. 2022

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.

Single-Phase-converter-using-single-Triac-unit.png, juil. 2022

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.

Single-Phase-converter-using-single-Triac-unit.png, juil. 2022

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.

Schema15.jpg, juil. 2022

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

Schema16.jpg, juil. 2022

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.

Schema3.jpg, juil. 2022

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.

IMG_20220717_164943.redimensionne.jpg, juil. 2022

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.

IMG_20220717_165005.redimensionne.jpg, juil. 2022

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.

IMG_20220717_165008.redimensionne.jpg, juil. 2022

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.

IMG_20220717_165014.redimensionne.jpg, juil. 2022

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.

IMG_20220703_174836.redimensionne.jpg, juil. 2022

(Suggestion : transformateur YHDC Store PE3013-M 230DC/6V DC).

Nous observons une tension alternative de 10.36 V dont une représentation graphique serait similaire à la courbe qui suit.

AC.png, juil. 2022

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.

Schema5.jpg, sept. 2022

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.

Schema8.png, juil. 2022

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).

Schema7.png, juil. 2022

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.

Capture_du_2022-07-13_22-42-06.png, juil. 2022

(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).

Schema.jpg, sept. 2022

Nous allons souder les composants sur la plaque à trous de prototypage.

Schema9.png, juil. 2022

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.

Schema11.png, juil. 2022

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.

Schema10.png, juil. 2022

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.

Alim9VDC.png, juil. 2022(Suggestion : Transformateur abaisseur de précision Buck, AC-DC W, 500mA 9V)

Schema13.jpg, juil. 2022

La sortie GND du module d'alimentation est connectée à la broche GND de notre Arduino NANO.

Schema14.jpg, juil. 2022

La sortie + 9V DC du module d'alimentation est connectée à la broche Vin de l'Arduino NANO.

Schema12.jpg, juil. 2022

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.

IMG_20220717_165014.redimensionne.jpg, juil. 2022

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.

I2C.jpg, juil. 2022

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

schema17.png, juil. 2022

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

IMG_20220703_195419.redimensionne.jpg, sept. 2022

Une vue de dessous

IMG_20220703_195439.redimensionne.jpg, sept. 2022

En voici un autre

IMG_20220612_195943.redimensionne.jpg, sept. 2022

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.

Capture_du_2021-12-11_14-26-54.png, juil. 2022

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 :

TimerOne-r11.zip

Timer-2.1.zip

LiquidCrystal_I2Cbonne.zip

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).

IMG_20200720_224331.jpg, août 2022Source : 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.

IMG_20200720_224352.jpg, août 2022Source : 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 :

IMG_20221002_182221.redimensionne.jpg, oct. 2022

Mesurez la tension efficace du réseau électrique par exemple à l'aide du wattmètre. Ici 243 V :

IMG_20221002_172614.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

IMG_20221002_172814.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

IMG_20221002_173804.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

Capture du 2022-10-02 17-31-15.png, oct. 2022

Lancez le moniteur série en cliquant sur l'icône situé en haut à droite de l'IDE :

Capture du 2022-10-02 17-31-53.png, oct. 2022

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 :

Capture du 2022-10-02 17-34-30.png, oct. 2022

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 :

Capture du 2022-10-02 17-35-59.png, oct. 2022

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.

IMG_20221002_173913.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

IMG_20221002_174147.redimensionne.jpg, oct. 2022

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) :

Capture du 2022-10-02 17-39-36.png, oct. 2022

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 :

Capture du 2022-10-02 17-41-48.png, oct. 2022

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).

puissance.png, oct. 2022 Positionnez bVerbose et bCalibration à false afin de ne pas ralentir le Power Router et téléversez le nouveau programme :

Capture du 2022-10-02 17-43-27.png, oct. 2022

=> 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 :

IMG_20221002_174631.redimensionne.jpg, oct. 2022

Ensuite, nous passons la phase de l'ampoule B également dans la sonde courant afin de simuler la charge :

IMG_20221002_174847.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

IMG_20221002_175233.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

IMG_20221002_175155.redimensionne.jpg, oct. 2022

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 :

IMG_20221002_175315.redimensionne.jpg, oct. 2022

=> 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.

CE-DERIVATION.jpg, nov. 2020

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.

IMG_20201114_184741.redimensionne.jpg, nov. 2020

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).

IMG_20201118_165803.redimensionne.jpg, nov. 2020

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 :

StEEC-SCHEMA.redimensionne.jpg, nov. 2020

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 :

Capture d’écran du 2022-10-05 09-40-35.png, oct. 2022Journée 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.

Capture d’écran du 2022-10-05 09-47-29.png, oct. 2022

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

Micro-éolienne, version 7 in progress

P'tiwatt a lancé le développement d'une micro-éolienne dont voici une photo de la 6ème version :

DSC_0401.redimensionne.JPG, sept. 2022

L'idée de ce projet est de proposer une petite machine simple, durable et un manuel de construction. Cette machine permet l'électrification d'un petit site isolé en 12 V tel qu'une cabane, un van ou encore un bateau.

La taille de cette machine est volontairement réduite afin de limiter les coûts de manière à faciliter sa construction et son implantation dans le cadre de projets d'éducation au développement durable.

La fabrication de cette machine permet d'aborder de nombreuses thématiques (énergie, sobriété énergétique...), d'acquérir de nombreuses connaissances (électricité) et savoir-faire (travail du bois et du métal).

Celui ou celle qui fabriquera cette machine sera en mesure de l'entretenir et de la réparer. Ce qui lui confère un excellent indice de réparabilité ...

Nous avons fabriqué six exemplaires de cette machine. Chaque version a apporté son lot d'améliorations et de simplification. Il est possible de lire l'article précédent concernant ce projet.

Bien que le principal enjeu soit l'éducation (avant la production), nos travaux actuels visent à trouver la meilleure combinaison au niveau de l'alternateur afin d'augmenter son rendement et limiter les pertes électriques. Nous souhaitons également proposer un manuel de construction afin de faciliter sa fabrication.

 

Η ιδέα αυτού του έργου είναι να προσφέρει ένα μικρό, απλό, ανθεκτικό μηχάνημα και ένα εγχειρίδιο κατασκευής. Αυτό το μηχάνημα επιτρέπει την ηλεκτρική ενέργεια μιας μικρής απομονωμένης τοποθεσίας στα 12 V, όπως μια καμπίνα, ένα φορτηγό ή ένα σκάφος.
 
Το μέγεθος αυτού του μηχανήματος μειώνεται εθελοντικά προκειμένου να περιοριστεί το κόστος ώστε να διευκολυνθεί η κατασκευή και η εγκατάστασή του στο πλαίσιο εκπαιδευτικών έργων για βιώσιμη ανάπτυξη.
 
Η κατασκευή αυτού του μηχανήματος καθιστά δυνατή την προσέγγιση πολλών θεμάτων (ενέργεια, ενεργειακή νηφαλιότητα κ.λπ.), την απόκτηση πολλών γνώσεων (ηλεκτρισμός) και τεχνογνωσίας (εργασία ξύλου και μετάλλου).
 
Όποιος κατασκευάσει αυτό το μηχάνημα θα μπορεί να το συντηρήσει και να το επισκευάσει. Αυτό του δίνει έναν εξαιρετικό δείκτη επισκευασσιμότητας ...
 
Φτιάξαμε έξι αντίγραφα αυτού του μηχανήματος. Κάθε έκδοση έχει φέρει το μερίδιό της σε βελτιώσεις και απλοποίηση. Είναι δυνατό να διαβάσετε το προηγούμενο άρθρο σχετικά με αυτό το έργο.
 
Αν και το κύριο θέμα είναι η εκπαίδευση (πριν από την παραγωγή), η τρέχουσα εργασία μας στοχεύει στην εύρεση του καλύτερου συνδυασμού στο επίπεδο του εναλλάκτη, ώστε να αυξηθεί η απόδοσή του και να περιοριστούν οι ηλεκτρικές απώλειες. Θέλουμε επίσης να προσφέρουμε ένα εγχειρίδιο κατασκευής για να διευκολύνουμε την κατασκευή του.
 

The idea of ​​this project is to offer a small, simple, durable machine and a construction manual. This machine allows the electricity of a small isolated site in 12 V such as a cabin, a van or a boat.

The size of this machine is voluntarily reduced in order to limit the costs so as to facilitate its construction and its installation within the framework of education projects for sustainable development.

The manufacture of this machine makes it possible to approach many themes (energy, energy sobriety, etc.), to acquire a great deal of knowledge (electricity) and know-how (wood and metal work).

Whoever builds this machine will be able to maintain and repair it. This gives it an excellent repairability index ...

We made six copies of this machine. Each version has brought its share of improvements and simplification. It is possible to read the previous article about this project.

Although the main issue is education (before production), our current work aims to find the best combination at the level of the alternator in order to increase its efficiency and limit electrical losses. We also want to offer a construction manual to facilitate its manufacture.

Atelier de découverte du solaire photovoltaïque

Le samedi 7 juillet 2022, l’association P’tiwatt organisait un atelier de découverte du solaire photovoltaïque.

IMG_20220702_152355.redimensionne.jpg, juil. 2022

Cet atelier visait à partager des connaissances théoriques et pratiques autour de la production d’électricité photovoltaïque. Au programme : le gisement solaire, l’évaluation du productible, les masques solaires, la simulation, montage d’un module photovoltaïque, le routage des surplus ou encore l’électricité en site isolé.

IMG_20220702_152612.redimensionne.jpg, juil. 2022

Merci à toutes et tous pour la réussite de cette journée.

Rencontre créative CO2 moins

L'association P'tiwatt organise, le samedi 3 septembre 2022, un temps d'échange sur la thématique de la réduction des émissions de CO2.

CO2moins.jpeg, juin 2022

Nous commerons à partir de 9h30 autour d'un café. Les participants seront invités à présenter une action ou un projet en lien avec cette thématique, et son impact sur la réduction des émissions de carbone.

A l'issue de cet échange, nous projetons, pour celles et ceux qui le soutaitent, de leur présenter le micro-contrôleur Arduino et le power router.

Horaires : le samedi 3 septembre 2022, à partir de 9h30
Lieu : 29 bis, rue Saint Léger - 27120 Villégats
Pause repas : la pause repas sera organisée selon le principe de l'auberge espagnole
Réservation : merci de vous inscrire. Pour cela, solliciter votre inscription à l'adresse ptiwatt at mailoo.org

Atelier de découverte du solaire thermique

Le samedi 25 juin 2022, l’association Le ResSource’Eure organisait un atelier de découverte du solaire thermique à Saint Georges Motel. Cet atelier avait pour objet de familiariser les participants avec la mise en œuvre d’une installation solaire thermique.

271966620_1397115767388402_3127762047667972606_n.png, juin 2022

L’atelier alternait théorie et pratique. Les grands principes théoriques ont été présentés, ainsi que les principales erreurs à éviter.

290699490_1504968226603155_1951888415631311630_n.jpg, juin 2022

L’association P’tiwatt était partenaire de cet atelier. Nous avons passé un très bon moment.

Un grand merci pour l’accueil, l’organisation et la convivialité, sans oublier les participants !

Atelier de découverte du solaire thermique

Le samedi 18 juin 2022, l’association P’tiwatt organisait un atelier de découverte du solaire thermique.

IMG_20220618_094752.redimensionne.jpg, juin 2022

Cet atelier visait à partager des connaissances théoriques et pratiques autour de la production d’eau chaude solaire thermique. Au programme : le gisement solaire, l’évaluation des besoins, prévenir les surchauffes, les masques solaires, la simulation, montage d’un chauffe-eau solaire, initiation à la plomberie, introduction au chaufffage …

IMG_20220618_142756.redimensionne.jpg, juin 2022

Merci à toutes et tous pour la réussite de cette journée.