Alimentation Solaire Arduino : Tutoriel pour l'Indépendance Énergétique

Vous vous êtes peut-être déjà demandé comment devenir indépendant de votre ordinateur en termes d’alimentation afin de pouvoir utiliser votre super programme partout ? Souvent, lorsque l’on débute ou que l’on prototype, on se contente de faire des montages et de les laisser connectés à l’ordinateur. La carte est donc directement alimentée via l’USB en 5V (limité au meilleur des cas à un maximum de 500mA). Mais s’en est assez ! Nous voulons plus d’indépendance pour pouvoir emmener nos montages partout !

Alimentation via USB et Sources 5V

Les sources de 5V sont monnaie courante de nos jours. On en retrouve par exemple énormément avec tous les appareils mobiles qui demandent une alimentation USB pour être rechargés (chargeur de portable, "power pack" pour faire une batterie d’appoint…). Une fois que vous possédez cette dernière, il ne reste plus qu’à la relier à l’Arduino. Pour cela, on va passer au-delà du régulateur et amener directement la tension sur la borne "+5V" (et bien sûr sur le GND). Il est aussi possible d’adapter un câble USB pour amener cette tension sur le connecteur USB (et ainsi limiter les erreurs possibles de branchement).

Utilisation du Régulateur de Tension Intégré

La carte Arduino possède un régulateur de tension pour fournir le 5V nécessaire au microcontrôleur lorsque celui-ci est alimenté via une source externe. Ce dernier est capable de transformer une source de tension continue "élevée" (dans notre cas supérieur à 5V) en tension plus faible et régulée à 5V. Le régulateur est capable de fournir au maximum 1 ampère en sortie. Si nous n’avons pas à disposition une source de tension 5V, il va falloir passer par le régulateur intégré à la carte pour l’obtenir. Comme le précise la documentation officielle, une tension de 7 à 12V est recommandée et les limites acceptées sont entre 6 et 20V.

Options de Connexion

La première est d’utiliser la fiche ronde et noire, qui se situe près de l’entrée USB. Cette fiche, que l’on appelle un connecteur jack femelle, fait 2.1mm de diamètre et possède deux connecteurs. L’un est une sorte de "pointe" qui est au milieu. Ce sera le pôle positif. L’autre solution consiste à amener directement nos fils sur les broches Vin et Gnd.

Alimentation par Piles : Avantages et Inconvénients

Lorsqu’on réfléchit à retirer la laisse USB de notre carte Arduino, l’une des premières idées est surement d’utiliser une pile 9V. Maintenant, le plus dur reste à faire : relier la pile et la carte Arduino. Problème, la pile possède deux plots bizarroïdes et l’Arduino a le fameux jack femelle. Pour pouvoir les relier il va donc falloir bricoler un peu. Du coté Arduino, nous l’avons vu plus tôt, il faudra un connecteur jack mâle. Comme nous l’avons vue un peu plus tôt, le régulateur 5V de l’Arduino exige au grand minimum 6V pour fonctionner. En utilisant des piles rondes de type AAA ou AA, on pourrait en mettre plusieurs en série (4 par exemple) pour obtenir les fameux 6V. Génial non ? Eh bien pas tant que ça. En effet, il y a un souci. Le 6V est le minimum vital pour le régulateur. Autrement, dit si la tension fluctue un peu il risque de ne pas pouvoir faire son travail correctement et le microcontrôleur va faire des resets n’importe quand. De plus, lorsque les piles sont neuves cela peut aller, mais dès qu’elles vont être un peu utilisées, la tension à leurs bornes ne sera plus réellement 1.5V mais légèrement inférieure, ce qui risque d’augmenter le problème mentionné ci-dessus.

Solutions pour une Alimentation Stable avec des Piles

Une solution : utiliser une cinquième pile pour porter le total à 7.5V. Ainsi, même quand les piles commencent à se décharger il reste un peu de marge pour que le régulateur fasse correctement son travail. Si vous voulez jouer la prudence, vous pouvez carrément en rajouter une sixième !

Récupération et Réutilisation d'Alimentations

Il y a quelques temps, j’avais un disque dur externe. Malheureusement, une mésaventure se terminant par une chute en fonctionnement lui a fait rendre l’âme . Je me suis donc retrouvé avec un câble USB type B (bien utile avec l’Arduino) et une alimentation inutile. Inutile ? pas tant que ça ! Il s’avère (coup de chance) que l’extrémité du câble de l’alimentation rentre parfaitement dans la prise femelle du jack d’alimentation de l’Arduino. Sortie : 12 V, 1.5 A continu. Me voilà avec une alimentation prête pour une nouvelle vie !

Autres Sources d'Énergie Viables

Les idées proposées ci-dessus ne sont pas les seuls. Vous en avez peut-être d’autres qui pourraient-être utilisées. En fait, n’importe quelle source d’énergie est viable, rappelez-vous juste qu’elle doit être en mesure de fournir plus de 7V continu et dans la mesure du possible moins de 12V (mais si ça fait 15V ce n’est pas dramatique non plus, le régulateur chauffera juste un peu plus). Une dynamo ? Soyez créatif !

Alimentation Solaire et Applications

Les panneaux solaires utilisés produisent en 12V environ 30 W. Le circuit est composé d'une carte Arduino permettant de piloter une carte de 4 relais contrôlant les composants: le bulleur, la pompe, le ventilateur et les batteries. Les relais sont alimentés par des panneaux solaires 12V. Pour alimenter les batteries, il faut un régulateur de charge décharge qui transforme du 5V en 3,7V. A donc été ajouté un convertisseur DC-DC (courant continu) qui transformera les 12V du panneau solaire en 5V pour le contrôleur de charge/décharge.

Exemple d'Application : Pilotage d'une Plantation Hydroponique

Ce tutoriel permet le pilotage d'une plantation hydroponique via un petit système électronique contrôlé par une carte Arduino, de l'assemblage des composants à l'écriture du programme de guidage. Cette installation a été étudiée et documentée lors d'une escale du Nomade des Mers à Taipei (Taïwan) grâce à l'atelier collaboratif OpenLab. Ce système permet de contrôler une plantation hydroponique (présentée dans le tutoriel prérequis) ainsi qu'un réservoir de spiruline.

Mesure de la Puissance Électrique Consommée avec ESP32

Mesurer en temps réel la puissance électrique consommée, voire produite par une installation solaire permet une meilleure gestion. Par exemple, en cas d’excédant, dans une installation en autoconsommation, on peut enclencher la fabrication d’eau chaude. L’ESP32 est un microcontrôleur adapté à notre besoin.

Version	Mesure courant / puissance	Actionneurs	Modulaire	Domoticz	MQTT / Home Assistant	Description
1	Sonde Ampèremétrique	Relais	Non	Oui	Non	Routeur Solaire

Pour mesurer le courant, on utilise un capteur de courant dans lequel on fait passer le fil de phase du secteur. En sortie, agissant comme un transformateur, il fourni un courant identique, mais 2000 fois plus faible. Il existe différents modèles suivant le courant Max que l’on souhaite mesurer. La version 100A est adaptée à un domicile ayant une puissance max délivrée de 12kVA. Pour mesurer la tension, on utilise un transformateur bobiné classique abaisseur de tension qui nous isole du secteur. Par exemple un 230v/6v. Il faut un modèle le plus petit possible, on ne prélève aucune puissance. Cela n’est plus très facile à trouver.

La mesure des 2 tensions représentantes du courant et le la tension secteur se fait par les entrées analogiques de l’ESP32. Ces entrées acceptent une tension entre 0 et 3.3V et numérisent la valeur sur 12 bits, valeurs entre 0 et 4095. On prélève le 3.3V de l’ESP32 qui en passant par un pont de 2 résistances (R6 et R7) de 4700 ohm connecté à la masse nous fourni au milieu une référence de 1.65V. 2 LED sur les GPIO 18 et 19 clignotent toutes les 2s. La mesure des 2 valeurs représentant la tension et le courant prend environ 120uS. Un calibrage préalable doit être fait pour définir la constante multiplicative kV dans le programme qui permet la conversion de la tension mesurée en binaire vers la tension réelle. De même pour le courant, la constante kI . L’ensemble du code est écrit en utilisant l’IDE Arduino.

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