Routeur photovoltaïque
1 C'est quoi un routeur photovoltaïque
2 Rentabilité
3 La théorie
4 Le synoptique
5 Emplacement router
6 Tension et courants
6.1 La détection du zéro de tension
6.2 Principe des mesures
6.3 Les grandeurs à considérer
6.4 Le cumulus
7 Le montage
7.1 Historique
7.2 Le schéma
7.3 Entrées
7.4 Les relais
7.5 Le multiplexeur
7.6 Les LED de contrôle
7.7 Conclusions schéma
8 Le programme
8.1 Le principe du Timer 2
8.2 Le cycle de mesures
9 Conclusions
9.1 Panneaux photovoltaïques, obligations légales
9.2 Le Router
10 Annexe des Points relevés avant et pendant la réalisation
10.1 Horloge PIC à 20 MHz
10.2 Temps de mesure ANA
10.3 Moyennes / sécurité des valeurs mesurées
10.4 Point de référence à 2.5V
10.5 Temps zéro et tension 230V
10.6 Solution avec ALT+
10.7 Essais des variateurs à TRIAC
10.8 Mesure des courants Habitation / panneau
10.9 Puissances
10.10 La régulation
10.11 Le problème du cumulus
10.12 Choix du capteur de courant
10.13 Le courant est-il symétrique ?
10.14 Stabilisation du 2.5V
10.15 Le Timer 2 du PIC
10.16 LINKY
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Préambule
Je pense qu'il faut commencer par expliquer les principes de base, car même en étant de la partie, je me suis posé des questions très techniques sur le fond, car l'électronique n'est pas tout à fait l'électrotechnique… J'ai eu des réponses par Internet avec quelques articles qui démystifient le sujet de la prise de puissance sur le réseau électrique.
https://f1atb.fr/index.php/fr/2022/12/03/realisez-un-routeur-solaire-pour-gerer-la-surproduction/ click direct
https://ptiwatt.kyna.eu/?post%2F2018%2F07%2F23%2FFabriquer-un-power-router click direct
De base vous connaissez l'électricité et les relations en courant alternatif avec l'avance ou le retard du courant sur la tension. Si cela n'est pas acquis reportez vous à quelques articles déjà écrits à ce sujet soit dans ce même blog soit ailleurs sur Internet. http://bricolsec.canalblog.com/archives/2007/10/31/6719839.html notions
La première relation concerne la puissance électrique (Active) qui est connue suivant la formule P=UIcos phi.
Dans cette formule, il faut comprendre dans cet article, que la tension du réseau EDF est fixée avec une certaine précision et que celle-ci ne peut pas changer du tout au tout. On peut aussi comprendre simplement que LA PUISSANCE EST DIRECTEMENT LIÉE AU COURANT (En faisant l'impasse sur le cos ?).
Autre constante : la fréquence de 50 Hz pour une majorité de pays si elle peut légèrement varier, elle doit cependant répondre à des critères rigoureux de nombre de périodes dans le temps.
Pour pouvoir devenir émetteur de puissance, il faut évidemment dépasser ou simplement compenser le courant à chaque instant de la sinusoïde du courant par un courant opposé au courant consommé, voire aller encore plus loin en dépassant ce courant consommé, on devient alors dans ce cas PRODUCTEUR D’ÉNERGIE. Pour obtenir ce courant opposé, c'est la tension qui devra légèrement augmenter tout au long de la sinusoïde originale.
C'est le principe de prise de puissance sur le réseau électrique. A chaque instant on devrait annuler voire dépasser le courant consommé par un courant en opposition fourni par la source auxiliaire de puissance (Panneau photovoltaïque par exemple).
Ce principe est du rôle de l'onduleur ou du micro onduleur.
Ces micro-onduleurs sont très complexes car ils doivent à chaque temps élémentaire (de l'ordre de la µs ou moins !) s'ajuster pour se trouver en opposition de courant tout en regardant tension et fréquence d'origine.
Étant sur une même ligne phase / neutre, on comprend difficilement comment cette double obligation est respectée.
Là mes connaissances s'arrêtent et je ne peux que supputer qu'il y a un temps infime consacré à la lecture de la tension d'origine, puis un deuxième temps à ajuster la tension pour un courant en opposition. Où dit plus simplement à veiller à ce que le courant "sorte" de l'onduleur ?
Ce point est certainement le plus difficile à appréhender, même pour une personne du métier, car on ne sait pas si c'est au niveau de chaque point d'une alternance, si c'est d'une alternance à l'autre ou encore autrement ?
Que se passerait-il si un fournisseur de puissance n'était pas en phase parfaitement avec ce principe ? Tout sauterait, car le pire serait d'ajouter ce courant produit au courant initial !
Ce sujet est identique à la mise en phase des alternateurs sur un réseau électrique qui est un sujet mieux connu des électrotechniciens.
Bref ce "sujet est hors sujet" car le router photo voltaïque se situe juste après l'onduleur et c'est l'objet de ce "roman", car celui-ci aura duré extrêmement longtemps.
Dans cet article on se contentera du fonctionnement impeccable de l'onduleur, mais on fera en sorte que le surplus d'énergie produit, ne soit pas réinjecté dans le réseau, mais récupéré pour chauffer de l'eau, ce qui est la forme la plus élémentaire de stockage d'énergie AU NIVEAU INDIVIDUEL.
Le dilemme est que la consommation locale d'une habitation varie en fonction des heures (machines à laver, frigo, congélateur, fours…etc), et de même l'énergie photovoltaïque change en fonction des saisons, de l'ensoleillement qui varie suivant la météo et les heures de la journée.
Le but principal d'un routeur photovoltaïque est donc de stocker le trop d'énergie produite et d'ajuster en permanence en fonction de l'ensoleillement et de la demande d'énergie de la maison. Ceci concerne donc l'autoconsommation (Sans production pour rachat d'énergie).
De fait l'autoconsommation doit couvrir au mieux des possibilités instantanées, toute consommation locale sans réinjecter d'énergie dans le réseau public.
On se souviendra aussi que le compteur LINKY mesure la puissance instantanée (Active) sur une période d'une seconde.
En ANNEXE de cet article, il y a un résumé des principaux points relatant les nombreuses difficultés rencontrées, vous y trouverez pas mal d'éléments techniques qui ne figurent pas dans l'article lui-même et sur lesquels j'avais dû ma baser pour démarrer.
Quelques Abréviations utilisées :
* "Fire" représente l'instant où l'on déclenche le TRIAC pour conduction vers le cumulus.
* Z-C, ZC ou TZ est l'instant où la tension est nulle (=0)
* ALT+ est utilisé pour un signal alternatif carré qui indique à la fois le TZ et l'alternance positive ou négative
* Lorsque l'on parle de "degrés" il s'agira essentiellement de degrés d'angles.
* 5 Vcc indique une tension crête crête de 5 volts Attention c'est aussi la dénomination de la tension d'alimentation
des circuits logiques comme le µ contrôleur (à voir le sens qu'on lui donne à l'instant !)
* INJECT est le nom d'une variable essentielle du programme qui indique à 1 que l'on injecte du courant dans le réseau.
* Fire_Byt est la variable en degrés angulaires de commande du TRIAC (de 90° à 180° d'une alternance )
1 C'est quoi un routeur photovoltaïque
Un router permet à partir d'un trop d'électricité produite, de chauffer l'eau d'un cumulus (Ou tout autre appareil résistif de préférence). Dans notre cas ce sera par les panneaux photovoltaïques, mais ce pourrait être aussi le cas d'une éolienne.
Les panneaux photovoltaïques dans mon application compensent le talon des consommations permanentes et "inévitables" comme indiquées ci après mais peuvent souvent produire plus que nécessaire.
Ce système est seulement utile lorsqu'il s'agit d'une petite autoproduction de compensation du talon de consommation.
Dans ces petites consommations on peut citer : la ventilation mécanique, la pompe de chaudière, la box, le frigo, congélateur, les volets électriques, les petits chargeurs de téléphone, l'ordinateur, les régulations de panneaux solaire thermique, télévision, radio, ordinateur, etc…
(À l'exclusion du four micro ondes, four thermique, sèche linge, machine à laver, fer à repasser, climatisation et des gros radiateurs électriques et d'une façon générale de tout les gros consommateurs d'énergie). (Encore que les machines à laver le linge sont maitenant très économes en énergie)
Ce router présente surtout un intérêt pour les utilisateurs de quelques panneaux (1 à 4 le plus souvent) qui sont utilisés en autoproduction avec micro-onduleur.
Tous ces petits appareils sont soit en consommation permanente, soit appelés de façon régulière et reflètent la vie d'aujourd'hui.
Le but d'une petite installation photovoltaïque est donc d'alimenter les consommations permanentes ET de compenser partiellement les appareils les plus voraces. Au-delà de tout cela, même avec seulement 500 Watts produits, il est certain qu'à certains instants, on est excédentaire et le but du dispositif est donc de stocker ce surplus d'énergie, à priori pour le chauffage de l'eau chaude sanitaire d'un cumulus.
Ce dispositif est associé à des panneaux photovoltaïques, en général en petit nombre pour éviter de redistribuer de l'énergie dans le réseau, car en principe, ENEDIS demande qu'il n'y ait pas de réinjection dans le réseau, mais c'est surtout pour son propre intérêt personnel, puisque tout retour d'énergie vers le réseau est une perte pour celui qui a installé des panneaux !!!. (Vous en l'occurrence !)
Alors le principe est de dire qu'il ne faut pas perdre cette énergie qui serait réinjectée sur le réseau, mais de la récupérer. Le stockage d'énergie le plus pertinent au niveau individuel est le chauffage de l'eau d'un cumulus.
En ce qui me concerne, en maison individuelle, avec un abonnement 6 KVA et compteur LINKY, je consomme 80 à 250 Watts permanents suivant les incontournables appareils d'une maison. C'est peu et beaucoup à la fois.
Il faut se rappeler qu'un talon de consommation est une consommation permanente qui existe 24 heures sur 24, et que c'est cette durée qui devient prépondérante. En ce sens effacer cette consommation durant la journée est l'assurance de réduire cette consommation permanente de moitié.
Certes cela dépend de la météo et de l'ensoleillement et tout n'est pas parfait à ce niveau et lorsque l'on achète des panneaux, on regarde la puissance maxi que l'on peut tirer de chacun.
En réalité cette puissance nominale est rarement atteinte pour de multiples raisons : région, ensoleillement faible, nuages, heure de la journée, exposition/orientation du ou des panneaux, cycle des saisons.
(J'ai en projet de faire des relevés heure par heure de la production au cours d'une année complète).
Je pense que 2 panneaux de 350 Watts sont une bonne solution pour une habitation particulière, avec la volonté de ne pas faire une dépense "hors budget" ! Cette solution est à moindre coût et sa réalisation des plus simples. Le routeur photovoltaïque présente l'intérêt supplémentaire de mieux profiter de la totalité de l'énergie produite.
Ce dispositif complémentaire est intéressant dans la mesure où vous pouvez le réaliser vous-même, car acheté, il reste assez onéreux et encore plus si vous deviez alimenter des charges autres que résistives (Moteurs par exemple)
Le modèle que j'ai réalisé est prévu pour une charge résistive, mais ne permettrait pas de profiter pleinement sur des charges avec cosinus phi différent de 1, comme des moteurs de puissance "assez importante".
2 Rentabilité
Je suis chez l'opérateur historique EDF avec un abonnement 6 KW SANS tarif de nuit et pour une utilisation moyenne de 2 personnes. J'ai été adepte il y a 50 ans du chauffage électrique, mais vu la dégradation permanente des coûts, il y a environ 25 ans j'ai opté pour un chauffage fuel associé avec une deuxième chaudière bois. (voir cet article sur ce même blog)
A ce jour, avec 2 panneaux, j'ai réduit ma consommation de moitié avec une consommation annuelle sur facture de 1531 KWH, soit au tarif de ce jour 0.205 €/KWH (avec TVA 20%) soit 313.8 Euros par année.
Chiffres à l'appui sur seulement 1 mois, ma nouvelle consommation a diminué de moitié, soit une économie brute de 157 € et pour un coût des panneaux de 1100 €, il faudra donc 7 années pour amortir la dépense et retrouver un intérêt sur les 18 années restantes puisque l'ensemble est prévu pour fonctionner 25 ans !
Cependant avec le router, on va ajouter quelques économies au chauffage de l'eau sanitaire. Pour moi qui aie en plus un panneau solaire thermique depuis 1981, je vais un peu moins en profiter…
Je profite de ce sujet pour dire que le chauffage de l'eau sanitaire est d'un bien meilleur rendement en solaire thermique (en tracking) que le photovoltaïque.
Je ne pense pas qu'un tel appareil acheté puisse avoir un véritable retour sur investissement en moins de 20 années, car l'énergie récupérée reste moyenne à faible, mais ce sont les petits ruisseaux qui font les grandes rivières !... Cela a le mérite de répondre à la demande d'ENEDIS ne ne pas réinjecter de courant dans le réseau. C'est aussi un geste pour la planète.
Pour le router, il y a un complément d'énergie que j'évalue à moins du quart du gain direct EDF, car avec 2 panneaux ont est souvent légèrement excédentaire. Le rentabilité est donc faible à moyenne, à la seule condition de réaliser soi-même ce router, qui ramènera à environ 4 années le retour sur investissement au lieu de 20 années si il était acheté.
Le matériel nécessaire à ce router n'est pas très cher, et pour une paire d'Euros, et quelques dizaines d'heures de travail on peut y arriver assez facilement si l'on est un peu au fait de l'électronique, électricité et programmation de micro contrôleurs et "bon bricoleur".
3 La théorie
Le principe est d'utiliser le service d'un micro contrôleur PIC 16F886, programmé en assembleur pour la rapidité.
L'onduleur des panneaux est branché directement dans une prise de courant (Pour le principe), mais en réalité il faut seulement ajouter diverses protections, mais le principe reste très simple comme pour brancher un simple gril pain !
Ce micro contrôleur analysera en permanence le courant d'alimentation réseau (juste après le LINKY et le disjoncteur d'entrée) et l'incidence du courant photovoltaïque. Suivant le sens par rapport à la tension, il va forcer une consommation complémentaire pour que l'énergie des panneaux soit utilisée au maximum sans, retourner chez "EDF".
Si la demande est plus forte que la production solaire, alors le complément est pris sur le réseau. (Dans le cas contraire c'est le réseau qui recevrait le surplus de production).
C'est donc uniquement dans ce dernier cas que le router intervient en s'adaptant en permanence pour que la totalité de production soit utilisée pour alimenter le talon de consommation ET que le trop d'énergie produite (éventuel) soit dirigée
vers le cumulus sans jamais dépasser la capacité de production qui est variable en fonction des nombreuses conditions déjà énumérées.
Cette présentation parait des plus simples, mais les défis techniques sont importants, car pour contrôler le réseau à la fréquence de 50 Hz, il faut véritablement travailler en cycle d'instructions de base à 200ns pour réaliser presque 2 centaines de mesures analogiques durant une seule demi alternance de 10ms.
La rapidité est le premier élément à maîtriser. Le deuxième est de comprendre comment distinguer si on est en injection sur le réseau ou au contraire si on est
demandeur d'énergie au réseau.
Cette opération est traitée par le sens instantané du courant relativement à la tension. Je m'explique :
Si le courant est en phase avec la tension (Au cosinus Phi près) alors on est en consommation (Énergie prise sur le réseau). Dans le cas contraire, si le courant est opposé à la tension, alors on est en injection de courant sur le réseau. Ce dernier cas ne devrait pas se produire car cette énergie profite aux autres et non à vous qui avez investi ces panneaux.
C'est dans ce seul cas que le router est utile pour s'ajuster exactement pour que le courant devienne nul et que rien ne reparte sur le réseau ENEDIS.
Ce point de non retour de courant est demandé par ENEDIS lors de la demande de raccordement de l'onduleur des panneaux. Un retour n'est pas gênant en soi car gérer cela, n'est pas une chose technique très simple, mais malheureusement si cela existait vous ne seriez même pas rétribué pour cette fourniture d'énergie.
C'est dommage d'autant que ce n'est pas normal, car le fameux compteur LINKY est parfaitement apte à compter pour paiement ou déduction de ce retour d'énergie.
Si par décision politique, le comptage du LINKY s'avérait modifié dans les prochaines années , il est probable que le router perdrait de son intérêt, encore faudrait-il que le producteur officiel déduise ou paye à son juste prix le retour, ce qui serait alors à examiner pour choisir la solution "paiement" ou "router" !
J'ai fonctionné en retour vers EDF durant les premiers temps et bien entendu ça se passe sans problèmes, mais je n'aime pas jeter l'énergie (Ou les Euros) par les fenêtres, mais surtout je ne veux pas enrichir ces grandes sociétés par le biais de mon investissement.
Un des points délicats est la présence du 230V ~ qui est dangereux voire mortel ! Aussi tout est fait pour limiter les contacts accidentels et simplifier le plus possible. Malgré toutes mes précautions j'ai tâté à ce 230V et ça ne fait pas du bien, aussi je mets en garde les bricoleurs de la machine à bois ou les soudeurs à l'arc, car réaliser ce router est un peu plus délicat, même si le programme fonctionne déjà pas mal et que le plus gros du travail d'étude est fait.
4 Le synoptique
Il est réduit à sa plus simple expression et seulement aux éléments essentiels pour ne pas surcharger et bien saisir le principe.
Tout ce qui concerne les différentes protections (Différentiel, fusibles ou disjoncteurs etc) n'est pas représenté.
Par obligation, l'onduleur d'autoproduction n'a pas le droit de générer du courant/tension en l'absence du secteur. Ceci est confirmé par le fait que c'est la prise mâle de l'onduleur qui doit être branchée dans une prise femelle de l'habitation.
C'est surprenant mais c'est ainsi et c'est vérifié !
(C'est la raison de la représentation symbolique du fil de sortie des panneaux sur une prise mâle).
Cette prise de sortie de l'onduleur entre dans le compteur d'énergie qui est un simple énergimètre du commerce qui rempli parfaitement sa fonction. Ce modèle est intéressant car il ne perd pas la mémoire en cas de coupure secteur (Également sans pile), et permet ainsi de faire le suivi de production d'énergie solaire.
On rejoint ainsi l'installation générale, et juste avant le disjoncteur général, on insert un transformateur d'intensité (TI) qui est clipsable autour des gros conducteurs d'alimentation de la maison. (Il n'y a pas à couper l'alimentation ni à débrancher)
Dans la même zone on fera la prise de tension pour "caler" le courant correspondant (Dans la bonne alternance).
Dans la maison se trouve le cumulus qui va recevoir une alimentation électrique par un TRIAC (Interrupteur logique avec temps compté à partir du zéro de tension)
(Éventuel) C'est par ce dispositif que l'on va compléter le chauffage du cumulus par le trop d'énergie produite par les panneaux.
Cette commande du TRIAC résulte de l'analyse du courant direct ou en opposition mesuré par le Transformateur d'Intensité (TI en abrégé) relativement à la tension.
Ce synoptique est similaire pour tous les routers à cause du principe même de l'injection. Le but est qu'il n'y ait aucun courant au niveau du compteur EDF, pour que toute l'énergie produite soit consommée localement dans les différents équipements et dans ce cas en chauffant l'eau du cumulus grâce au router.
Dans mon système, j'ai ajouté 2 tores complémentaires, (Récupération de modèles pour CI) l'un pour détecter la fin du jour, par une intensité très faible ou nulle sur le courant issu de l'onduleur des panneaux. L'autre est en prévision sur le courant dans le cumulus seul, pour un suivi de la puissance transmise et des statistiques.
Il est en effet difficile de traiter certains problèmes aux limites, et dans une grande consommation, sans artifices complémentaires, il est impossible de savoir si il y a production (autrement qu'en lisant le compteur d'énergie des panneaux), mais sans connexion avec de compteur d'énergie, le router ne peut deviner ce qui se passe...! et donc ne peut agir en conséquence.
5 Emplacement router
Le meilleur emplacement est situé près du disjoncteur général et près du tableau général des protections.
Le problème de la détection de la nuit et l'arrêt du router peut se faire par une horloge interne au PIC ou par mesure du courant de l'onduleur dans mon cas.
Ce dernier cas implique que l'entrée du courant de l'onduleur soit proche du tableau général.
Le router doit aussi avoir accès au branchement du cumulus, et là il y a plusieurs solutions… on verra par la suite.
Pour ma part, et très spécifiquement tout est groupé (Peut-être un peu aussi par accident ?!) et c'est une chance, car les panneaux et onduleurs sont à une centaine de mètres de l'arrivée du réseau EDF. C'était d'ailleurs une incertitude de bon fonctionnement de l'onduleur car la distance est importante et les délais de correction de l'onduleur sont allongés, ainsi que les chutes de tensions en ligne et peuvent lui poser des problèmes.
Vu les sections en place de 4 et 6mm², ces obstacles n'ont pas eu de conséquences, encore que ? Dans les oscillations qui m'ont pourri la vie, cette distance intervient peut-être un peu aussi ?
(L'observation du 230V produit par l'onduleur laisse apparaître une sinusoïde quasiment parfaite, avec une dent de scie extrêment fine, et je doute que les oscillations rencontrées sur le montage router soient issues de l'onduleur ?)
6 Tension et courants
6.1 La détection du zéro de tension
Dans la quasi-totalité des routers, on utilise un signal Z-C (Zéro cross) ou TZ (Time Zéro) pour commuter les courants à partir d'une position relative au zéro de tension.
Le problème des dispositifs bon marché de détection du zéro de tension, est qu'il y a une imprécision de l'ordre de 300 à 500µs et que cela ne me semble pas tolérable face à une demi période qui est de 10ms soit un rapport de 1/20 alors que l'on se propose de réaliser quelques centaines de mesures.
Ces modules sont mal pensés avec de petites bornes beaucoup trop faibles, des pistes de CI incapables de véhiculer des courants en Ampères et enfin des radiateurs insuffisants sans oublier les TRIACS isolés à la plus petite tension !
Bref c'est Chinois garanti !
Il faut donc les améliorer avec des fils de cuivre soudés sur les pistes de puissance et serrer une fois pour toutes du fil rigide dans le connecteur et placer un bon vieux domino pour assurer des liaisons fiables. Il faut aussi percer le radiateur existant pour accoler un radiateur complémentaire.
Le signal de ces petits modules Z-C est issus d'un redressement double alternance avec résistance série en amont et (sans condensateur), ce qui crée un pic négatif qui une fois passé dans un opto-coupleur devient un pic positif.
Pour l'explication, le point précis du franchissement du zéro de tension se situe théoriquement au milieu de ce pic de 300 à 500µs, mais où précisément ? un peu plus à droite, un peu plus à gauche ???
De plus nous avons besoin de la tension pour comparer la phase du courant correspondant, alors un signal carré "alternatif" représentant la tension alternative serait bien plus utile car il contiendrait de fait par ses fronts le point précis Z-C, et par la polarité du signal on saurait exactement dans quelle alternance on se trouve ou on se trouvera juste après.
En l'absence de cette position dans une période, on devrait mesurer après un Z-C la tension sur un nombre de points suffisants pour en déduire dans quelle alternance on se trouve…mais…! J'ai vu des parasites suffisants pour faire changer d'alternance. Il peut y avoir aussi d'autres surprises avec une inversion ponctuelle du courant (Cas des fours micro-ondes par ex. photo ci-contre)
Cette opération par soft est délicate et sujette à parasites et le risque est de se retrouver dans une alternance opposée. De plus, le µ contrôleur ne peut pas passer son temps à regarder la tension pour savoir où il se trouve, car il a déjà beaucoup à faire en nombre de mesures du courant et de la gestion du "Fire".
Le décalage par seuil pour obtenir le point précis Z-C est aussi possible également par un monostable, mais ce principe souvent décrié, n'est pas trop adapté à ce milieu parasité qu'est le secteur 230V.
J'ai donc abandonné le principe du Z-C et de la détermination par soft en utilisant cette fois un signal carré, image de chaque alternance qui est ainsi modifiée. (Voici le Z-C modifié et le nouveau signal ALT ou ALT+ sur la photo ci-dessous)
Le front montant ou descendant est alors le point précis du zéro de tension.
Il existe des circuits spécialisés qui font ce travail mais il faut les commander et pouvoir les remplacer en cas de problème, alors j'ai préféré faire ma petite cuisine dont la pérennité est assurée par l'abondance des circuits très classiques.
Le signal Z-C très imprécis obtenu par redressement double alternance, a cependant l'avantage d'être déjà présent une petite centaine de µs AVANT le zéro réel. A cet instant le niveau de l'alternance sera l'inverse de celui présent à cet instant. (Oscillogramme ci-dessus)
Une bascule D 74HC74 ayant le Z-C décalé par le seuil d'un AOP pour clock (Cp) et le niveau de tension qui fait l'entrée D. La sortie ne sera pas le Q mais le Q* qui représentera l'alternance à venir.
Ce système est plus précis et pratique que ce seul signal Z-C même modifié par un décalage de tension.
Le schéma suivant représente cette amélioration.
Enfin le transformateur séparé, et dédié à la seule mesure de tension n'a plus de raison d'être puisque ce nouveau signal ALT+ représente les 2 éléments essentiels à la comparaison des niveaux Tension/courant.
On retrouve donc deux opto-coupleurs simples pour le Z-C et la tension suivie par des AOP et la bascule D 74HC74. Certes, cela fait une petite perte d'énergie dans des résistances, mais c'est plus précis, plus sécurisant, plus fiable et en plus non impacté par le cosinus phi d'un transformateur.
Ce montage est actuellement alimenté en 5V par le circuit principal du router, mais il serait tout aussi intéressant de créer sur ce circuit l'alimentation 5V pour le router. Le transformateur présent sur le schéma est l'ancien transformateur pour la tension qui pourrait devenir le transformateur d'alimentation 5V du routeur.
Vous aurez noté la particularité des branchements qui évitent les inversions Phase/neutre, car à ce stade "l'un n'est plus l'autre" sans distinction. Vous devrez aussi lors des branchements bien repérer Phase et Neutre et maintenir cette distinction, de même pour les TI qui devront être repérés, car ils ont aussi un sens !
Le signal essentiel ALT+ est sorti, accompagné (pour l'historique), par le signal Z-C ainsi que le signal inverse ALT-.
L'alimentation du router fournit les alimentations Vcc à ce circuit.
On regrettera aussi l'absence d'un filtre secteur pour l'alimentation du router, car les perturbations secteur sont nombreuses, y compris les courants porteurs du LINKY, car à certains moments, j'aurais peut-être même pu décoder les trames !!!
6.2 Principe des mesures
C'est de loin le point le plus important car j'ai pris la décision de ne mesurer que l'alternance positive d'une période de la tension réseau. Pourquoi ?
La première raison est qu'à cette vitesse du PIC (20 MHz), je n'ai pas le temps de mesurer et calculer une moyenne au cours d'une demi période. J'ai besoin d'une demi période complète plus quelques centaines de µs pour faire ce travail y compris d'autres activités (Surveillance nuit, RS232, puissances…)
La deuxième raison et qu'il faut intégrer le signal du courant et sachant qu'il peut même y avoir des retournements (Points d'inflexions) au cours d'une demi période, (Cas des fours micro-onde par exemple) et il faut un nombre conséquent de mesures au cours de 10ms.
J'ai choisi 180 mesures analogiques par 10 ms ce qui reste possible à cumuler, mais le calcul de la moyenne ne peut se réaliser qu'à cheval sur le début de l'alternance négative.
On comprend mieux alors avec ce nombre important de mesures, pourquoi la précision du point zéro est importante pour étaler les mesures sur la totalité d'une alternance.
Ce choix du nombre 180 est très pratique car il représente la durée angulaire d'une demi période, et en même temps les unités de l'angle d'attaque du TRIAC .
L'alternance négative est disponible partiellement pour d'autres possibilités ou calculs, mais elle reste cependant active (Fire reproduit à l'identique), car la valeur de la précédente période (ou suivant les cas, et plus souvent la demi période positive précédente) définissant l'angle de déclenchement du TRIAC est conservée ou mise à jour au cours cette demi période négative en cours. (Suivant les puissances cumulus et photovoltaïque maxi))
La cadence des mesures est orchestrée par le Timer2 au rythme de 55µs par mesure. Ce timer2 lance également automatiquement l'impulsion TRIAC. Ces éléments de temps ne sont pas hyper-précis car les réponses aux INT sauvent le contexte et des petites variations sont inévitables. On maintient également l'heure JHMS pour quelques délais, mais sans la valeur absolue initiale qui n'est pas traitée, car elle n'est pas essentielle pour le fonctionnement du router.
Dans la partie de l'alternance négative, on peut insérer en fin de calcul la sortie de quelques éléments de debug en RS232, sans pour autant établir le bilan des puissances, car comme je l'ai indiqué, le temps et la puissance de calcul sont comptés chichement. Cette sortie de valeurs ne peut se faire que sur PC avec "Terminal" de Bray++ qui permet des vitesses de 115200 bps.
Je ne l'ai pas encore dit clairement, mais je ne travaille qu'avec les valeurs moyennes vraies et NON les moyennes quadratiques trop difficiles à mettre en œuvre au niveau assembleur, mais surtout trop gourmandes en temps et complexité.
Y-a-t-il un inconvénient à ne traiter qu'une seule alternance au niveau mesures ? A priori je répondrai NON.
Très peu d'appareils branchés sur le secteur ne prennent leur énergie que sur une seule alternance. J'ai bien dit énergie, car en électronique faible consommation on peut parfois ne redresser qu'une seule alternance, mais cela porte sur des mW ou µW et donc parfaitement invisible pour le router qui gère quelques dizaines ou centaines de watts.
Il faut aussi comprendre un aspect délicat qui n'apparaît pas au premier coup d'oeil et qui est de savoir si il y a injection lorsque la consommation de l'habitation est élevée, sans un capteur auxiliaire. En effet les nuages ou la nuit peuvent être tels qu'il n'y a aucune production phtovoltaïque... Mais le router ne peut pas le savoir !
La consommation "vue par le micro" est réputée sans injection, (courant en phase) alors que celle-ci compense la forte puissance. On voit bien qu'il manque un élément pour conclure Injection ou non. (Courant totalement situé dans la partie positive)
En ce sens et pour traiter entre autres le problème de la nuit et des difficiles équilibres d'égalité entre consommation et injection, qu'il m'a été nécessaire d'ajouter un capteur de courant de sortie onduleur qui me permet de savoir si on produit de l'énergie ou non. (Ce capteur ne figure pas dans le synoptique car sa fonction est accessoire mais nécessaire au bon fonctionnement).
6.3 Les grandeurs à considérer
Il faut examiner la puissance photovoltaïque installée ou prévue ainsi que la puissance électrique du cumulus. Dans ces valeurs, il faut au tout début du projet dire ce que l'on veut faire !
Si c'est seulement pour effacer le talon de consommation permanente, alors quelques centaines de Watts sont nécessaires dans la majorité des cas. (De 1 à 4 panneaux de 350 W devraient suffire. Une moyenne standard serait de 2 à 3 panneaux pour un cumulus de 1500 à 2000 W respectivement)
Si au contraire, vous voulez en plus faire de l'eau chaude sanitaire, alors il faudra plus, mais dans ce cas, cela déborde de ce sujet, encore que…. (Une fois l'eau chaude à température, que faire du surplus de watts solaires ?)
Pour ma part 2 panneaux pour mon talon de consommation et éviter de renvoyer de l'énergie sur le réseau sont mes seuls objectifs qui sont atteints et bien cernés au niveau des valeurs moyennes d'ensoleillement et de saisons (Toit capteur à 45° d'inclinaison).
J'ai donc besoin de 2 panneaux et de renvoyer le trop d'énergie vers le cumulus.
Il est également illusoire de considérer que 350W par panneau sont acquis et permanents !
C'est la spécification au mieux, et la moyenne dans une journée même bien ensoleillée est beaucoup plus faible. (Des mesures plus complètes pourraient être faites).
Mon cumulus de 200L (avec échangeur solaire thermique) a une puissance de chauffe électrique de 1500W. On considère alors que 700 W solaires MAXI ne sont qu'un petit complément, voire un simple maintien de la température du cumulus. En ce sens et pour ne pas déraper en consommation par erreur, j'ai limité l'angle de conduction (Fire) à 90° des alternances + et – et l'angle final sera à 180°, valeurs de fin d'une alternance.
Cette valeur de 90° correspond # aux 700W maxi de l'onduleur et 1500W cumulus.
Descendre en dessous de cet angle conduirait obligatoirement à une consommation certaine et serait donc absolument contraire à l'esprit d'un router.
Il faut aussi ajouter que la puissance est une fonction de la forme SIN (2wt) c'est-à-dire de fréquence double de celle du secteur ! Pourquoi ?
Simplement parce que la puissance est issue de chaque alternance et que les alternances se reproduisent au rythme de 100 Hz !
Sur les courbes on voit très bien que vers 90° en remontant vers les valeurs élevées angulaires, les variations de puissance sont lentes, mais maximales vers les 180°. La petite courbe du dessus correspond à la première zone du dessous et correspond donc à 1/4 de la puissance totale d'une période.
Comme la partie négative est également active, on peut donc (Sans aucune consommation autre) contrôler la demi puissance du cumulus par la partie négative du courant (2ème partie ) On assimilera 750W de demi puissance cumulus aux 700W maxi de l'onduleur. (Parties en blanc des courbes)
Il est donc nécessaire, avant toute décision, de mesurer préalablement son talon de consommation "moyen" pour choisir au mieux le nombre de panneaux en correspondance avec la puissance du cumulus, et la volonté de faire quoi !
J'ajouterai que de 1 à 4 panneaux il y a 1 à 2 micro-onduleurs, et qu'au delà de ce nombre de panneaux, ce n'est plus une installation simple, mais souvent une installation avec rachat d'énergie ou stockage d'énergie dans des batteries, et ce n'est plus tout à fait du domaine des amateurs, c'est pourquoi je n'en parlerai pas.
6.4 Le cumulus
("Cumulus" pour la simplicité d'écriture, c'est aussi la même chose que le chauffe eau).
Cet appareil standard est raccordé normalement sur le 230 V (Parfois en triphasé mais le principe reste identique). Il est équipé d'un thermostat qui coupe Phase ET Neutre mais habituellement on ne coupait que la phase, (comme dans un interrupteur d'éclairage).
Ce point est gênant et j'ai été obligé de supprimer cette coupure du neutre. Je ne pense pas que cette absence de coupure du neutre soit dans les normes, mais elle est indispensable, car pour diriger l'énergie en trop, provenant du router, il est nécessaire d'attaquer directement la résistance du cumulus, en ignorant le thermostat, mais encore faut-il que le retour de courant puisse se faire par le neutre ! C'est la raison pour laquelle cette coupure du neutre du thermostat doit être court-circuitée.
Attention cela ne porte pas à conséquences dans mon contexte des puissances respectives, mais dans le cas d'autres puissances cela peut être dangereux. (cas où la puissance photovoltaïque est égale ou supérieure à la puissance du cumulus, par ex...)
Quant aux températures, et dépassement possibles, dans mon installation , le risque reste très faible car la puissance solaire de 700 W (Maximum) représente # la moitié de la puissance de chauffe d'origine. Au pire, un petit thermostat 90 ou 95° pourrait être ajouté.
D'autre part, mon installation a été prévue en triphasé, mais finalement ça a été abandonné lors de la souscription initiale du contrat EDF mais les liaisons des appareils de puissance sont bien sur 5 fils : 3 Ph Neutre et terre.
J'utilise donc ces fils des trois phases séparément avec le neutre commun.
Le fil Ph 1 alimente une prise de courant standard (Non représenté).
Le fil Ph 2 arrive sur un interrupteur PAC20 de commande exceptionnelle du chauffage électrique, car ce cumulus est avec échangeur solaire thermique (non représenté), et n'a pas vocation à être électrique en permanence.
Le fil 3 est utilisée par le TRIAC du router.
Il est évident que ramener du 230V par ce PAC20 sur la sortie du TRIAC fait l'objet d'une belle détonation et du noircissement du CI. Lorsque l'on "tripatouille" dans cet environnement, on se prend parfois quelques châtaignes qui ne font pas plaisir.
Cela reste dangereux, et très technique et je me dois de décourager les bricoleurs qui n'ont pas suffisamment de compétences en ces domaines électriques, car bien que je sois au fait, je me suis tout de même fait prendre, sans dommages heureusement ! Attention aux personnes fragiles et veiller à respecter les normes C18510 (de mémoire)
Alors pour éviter ces flashs de retour de courant, j'ai du installer un contacteur sur le cumulus qui coupe le circuit du TRIAC si par mégarde on veut chauffer normalement par le PAC20 avec le router en fonctionnement. Ce circuit du contacteur n'est sous tension que par le PAC20 et isole donc l'entrée de tension issue du TRIAC par la phase 3.
NOTA : Ce contacteur repos / travail s'il est excité, coupe en premier le fil issu du TRIAC pour un groupe de contacts et quand il arrive quelques 20ms plus tard au travail, il établit le contact sur le PAC20 par un deuxième circuit.
Si votre cumulus n'a pas les 3 fils d'alimentation, alors vous pourrez choisir de passer un deuxième fil ou de choisir soit le 230V permanent ou le TRIAC sur l'unique fil, par un commutateur de puissance.
Cela ne résoudra pas cependant la légalité (?) de coupure du neutre sauf si on double les contacts !
Enfin, si cela vous parait compliqué, vous pouvez chosir de mettre un simple inverseur manuel sur l'alimentation standard (avec thermostat), mais dans cette hypothèse dès que la température sera atteinte, il y aura injection sur le réseau et perte d'énergie (pour vous)
Ce cumulus est bien compliqué à gérer avec de nombreuses contraintes. En hiver vous pourriez utiliser ce trop plein d'énergie pour un radiateur électrique, mais en été que faire si le cumulus est trop compliqué à gérer ?
La climatisation ne peut pas convenir en termes d'utilisation du trop plein d'énergie car les puissances, cosinus Phi, et les appels de courant sont conséquents et incompatibles à une faible puissance.
Une bonne solution serait qu'EDF ou ENEDIS (On ne sait plus très bien qui !) vous paye ou vous déduise ces retours excédentaires d'énergie vers le réseau.
Ceci est tellement vrai que le compteur LINKY est tout à fait en mesure de faire la différence entre la consommation et l'injection.
La façon dont EDF peut rétribuer ce retour est ultra simple, car ces retours d'énergie interviennent en soustraction des consommations. Cette possibilité résulte seulement d'un paramètre LINKY pour que cette soustraction se réalise automatiquement.
Cette mesure reste avant tout une décision politique alors sur ce point, que faire ?
Eh bien en attendant la lenteur et l'incompétence technique des politiques, il vous reste le router à fabriquer….
Passons à autre chose !
7 Le montage
7.1 Historique
Rappelez vous j'avais réalisé un boîtier d'affichage du compteur LINKY. Boîtier en liaison par fibre optique, jusqu'à l'intérieur de l'habitation avec affichage Intensité et puissance, et à l'époque j'avais regretté le manque de précision des valeurs transmises. La vitesse de transmission n'était pas bien élevée à 1200 bits/s et j'ai pu vérifier que l'affichage était loin d'être instantané. J'avais cependant prévu en cas de difficultés technique de me rabattre sur cette solution. (Voir les liens ci dessous)
http://bricolsec.canalblog.com/archives/2020/09/22/38548059.html Afficheur LINKY_HOME (Montage N°3)
http://bricolsec.canalblog.com/archives/2020/03/16/38104053.html Interface LINKY fibre optique USB (2 ème partie)
Je me doutais aussi que pour afficher à des vitesses folles des valeurs, j'aurais besoin d'un afficheur à 115200 bauds, ce que j'ai aussi réalisé préalablement, mais la lenteur intrinsèque des displays LCD m'a empêché d'utiliser directement cette possibilité on-line.
J'ai du me rabattre sur l'ordinateur et le logiciel "Terminal" comme d'habitude ! Cette possibilité du display reste utile, mais pour extraire un résumé de quelques valeurs, mais pas pour le "fil de l'eau".
http://bricolsec.canalblog.com/archives/2023/01/28/39794583.html Display 115200 bps.
Enfin j'avais prévu un encodeur en quadrature pour rentrer quelques valeurs et notamment l'heure.
Sur ce point j'abandonne de rentrer des valeurs d'horloge car ce n'est pas vital et le positionnement horaire ne sert strictement à rien (Hormis pour d'éventuelles statistiques).
Cependant l'horloge interne du PIC est synchronisée au rythme de 50 Hz, avec les 1/100 de secondes, secondes, minutes et heures et même les jours, mais sans mise à l'heure de départ.
J'ai maintenant bannis cette possibilité par l'utilisation du connecteur de l'encodeur au profit du signal ALT+ non prévu à l'origine, mais il reste le switch qui pourrait permettre une entrée manuelle de valeurs en initialisation, et cette possibilité ne sera même pas vue ultérieurement car trop… ouf!
Il y a bien longtemps, j'avais récupéré des Transfos d'Intensité "VAC" (A circuit magnétique sans ouverture) et toujours en cas de difficultés j'avais aussi pensé en utiliser un pour mesurer le courant le l'onduleur ainsi que le courant du cumulus.
Cette idée répondait à l'utilisation du LINKY pour connaître la puissance enregistrée par le LINKY et agir en conséquence. Cette information de puissance transmise par le LINKY à 1200 bps est beaucoup trop lente et de plus à 10W près et ne peut pas être utilisée sans consommations de quelques secondes, et peut être avoir des difficultés pour maîtriser les oscillations.
Aujourd'hui cette utilisation du TI Onduleur est dérivée pour évaluer l'heure à laquelle il faudra couper le router le soir et éviter la consommation des deux relais. Ce point se fera simplement par la luminosité et donc le courant onduleur quasi nul de nuit (<50mW). Pour éviter les oscillations marche/arrêt éventuelles, on regardera seulement toutes les 1 minutes si la situation a changé.
Ce Ti a aussi une autre vocation qui est de surveiller le point d'équlibre consommation/injection, point délicat qui nécessite d'arrêter temporairement la régulation car les écarts sont tellement faibles, que l'on entre en oscillations.
(Un autre TI spécifique Cumulus est mis en place et permet simplement de visualiser la conduction du TRIAC sans avoir à faire attention au 230V …) Je l'ai maintenant débranché car il perturbe la référence de 2.5V (En attendant un nouveau circuit ?...)
(Photo ci contre avec le signal ALT+ qui montre bien la fin d'une alternance sur chaque front)
Au vu de la RS232 du LINKY, d'un éventuel GPS donnant l'heure ou d'un autre circuit mais aussi d'un ordinateur pour le debug (FTDI), de l'afficheur à 115200, j'ai prévu un multiplexeur pour tout ce qui concerne la RS232.
Enfin pour les économies d'énergie, je pensais aussi à utiliser l'ULPWUE, mais c'est vraiment se faire plaisir, alors cette possibilité ne sera pas utilisée.
Pour ne pas être "serré aux entournures", j'ai tout de suite choisi un PIC 16F886 de 28 pins. C'est très large, mais je ne voulais pas être trop juste pour ce dernier projet d'envergure, et je m'en félicite, (Mais un PIC16F690 pourrait convenir avec quelques facilités en moins ?)).
Vous avez maintenant une idée des motivations qui ont conduit à la création du schéma. 
Certaines idées ne serviront pas, d'autres seront détournées.
Le choix des résistances Burden a été fait en fonction des courbes relevées réellement et pour un meilleur niveau et une bonne linéarité sans saturation aux valeurs élevées de courant.
(Valeurs principalement en correspondance avec la puissance de chauffe du cumulus et celle des panneaux solaires).
Les niveaux d'entrée ANA sont tels que au-delà des 1500W du cumulus (et j'irais même jusqu'à dire des 750W maxi des panneaux), cela ne représente aucun intérêt pour le montage qui n'a d'utilité qu'aux faibles courants.
7.2 Le schéma
Ci-dessous, le schéma actuellement en place, avec des modifications faites, défaites, puis refaites...
Bref ce schéma est maintenant assez stable et on va le commenter dans les paragraphes suivants de l'article, mais aussi dans les Annexes situées en fin d'article.
(Ces Annexes ont été dès le départ des pense bêtes pour ne pas oublier, les principes sont réels, mais la réalisation a pu évoluer.)
Schéma:
Pour le circuit imprimé, celui-ci n'est pas à jour, mais n'a pas de très grandes modifications. Cette réalisation est seulement donnée comme idée d'implantation.
A noter qu'au niveau réalisation une plaque de LEXAN couvre largement les 2 relais, car il y a le 230V et c'est absolument nécessaire pour ne pas se faire prendre.
Dans le feu de l'action et principalement en mise au point, un contact avec le 230V est si vite arrivé !
Faites le, c'est essentiel et votre vie qui peut être en jeu
7.3 Entrées
J'ai repris le système des entrées, utilisé par l'association P'titWatt avec un point milieu à 2.5V qui est bien adapté au sujet, car il ne génère pas de tension de déchet.
Initialement, pour ce point milieu, j'avais utilisé une zener programmable LM385-1.2 avec résistances, mais le mieux était l'ennemi du bien et il avait été largement préférable d'utiliser un pont de résistances qui va dériver au besoin avec le Vcc sans modifier de façon appréciable les conversions AN. (Pont unique pour les 3 entrées).
Au fil des mises au point, je me suis aperçu que ce niveau de 2.5V reste bien stable alors que suite à un incident sur le 5V, il se réduisait sensiblement. Alors je pense que j'ai repris mon schéma original qui a l'avantage d'être très stable (Dans la mesure où le
5 V l'est, ce qui est le cas normal).
Alors faire, défaire et refaire est la meilleure solution ! Désolé, je reviens cette fois à une zener programmée LM385-2.5, mais un régulateur 2.5V est maintenant très habituel. Cette fois c'est le bien qui est l'ennemi du mieux !!! Voir en annexe des propositions plus adaptées à ce sujet.
Les tensions d'entrée vont normalement dépasser les 5V cc mais seront écrêtées par les zeners tête bêche, et seule la première partie linéaire est utile au vu des puissances considérées. (Attention aux puissances des Zeners qui sont à calculer pour la puissance totale souscrite auprès du fournisseur d'énergie)
On remarquera qu'il est cependant très important de protéger ces entrées issues directement ou par un TI, des parasites, et notamment des parasites HF des CPL (Courants Porteur en Ligne) du LINKY.
A cet effet j'avais prévu un petit filtre coupe bande pour les fréquences 63,3 kHz à 74 kHz, (LINKY modèle G1) mais il y a de nouveaux systèmes LINKY G3 avec des jeux de fréquences comprises entre 35,9 et 90,6 kHz, alors encore une fois, un bon vieux condensateur de 0.1µF avec une résistance de 470K de décharge et polarisation d'une entrée ANA fera l'affaire, ainsi tout ce qui est HF sera rejeté, et les pics éventuels seront adoucis pour tous les modèles de LINKY.
L'entrée de tension est devenue maintenant inutile grâce au signal ALT+ généré sur la carte de distribution 230V.
7.4 Les relais
Ceux-ci coupent le 230V de chaque côté du TRIAC par mesure de sécurité, car j'ai eu une petite explosion d'un TRIAC dûe à un retour du cumulus sur la sortie TRIAC.
Ces relais sont assez économes en courant (36mA), mais j'ai prévu de les couper la nuit. Je regrette un peu ces relais asiatiques peu pratiques à l'implantation, car les proximités avec le 230V et l'alimentation des bobines sont évidentes, mais les marques connues étaient de dimensions trop importantes et de consommation un peu excessive.
Ces relais sont commandés par des MOSFET_N. Ces relais ne devraient pas trop s'user car ils ne coupent aucun courant (ou très faible) et sont principalement là pour assurer la continuité électrique.
Un point à souligner est la présence de voyants sur chacun. C'est simple et ça permet de savoir un peu ce qui se passe très rapidement. (Moins de 1mA de LED ne vaut pas la peine d'y renoncer…)
Ils consomment chacun 36 mA sous 12V soit 1 W pour les deux et ne sont même pas régulés en tension, mais simplement alimentés par une petite résistance chutrice.
7.5 Le multiplexeur
Son rôle est de permettre plusieurs entrées RS232, afficheur, ordinateur avec FTDI, LINKY. Un Mux 4 entrées est utilisé car il n'est pas exclu de connecter un GPS ou autre, pour faire la mise à jour de l'heure…
Un 74HC4052 fait le travail, mais pour l'instant il reste sur sa sélection 0 car il n'y a rien d'autre de connecté, et de plus la connectique reste réduite.
C'est du projet qui ne verra cependant pas le jour maintenant, mais chacun peut y penser à son aise et modifier quelque peu le schéma pour utiliser une entrée complémentaire, notamment pour mise à l'heure...etc
7.6 Les LED de contrôle
On vient de parler des relais qui sont équipés de LED.
D'origine du schéma j'avais prévu une LED D14 qui a été réaffectée au mode de fonctionnement en Injection ou Consommation. Ce voyant clignote au rythme de la régulation. (Injection allumé).
Dans les autres cas, il est allumé en permanence si on injecte du courant et éteint si on consomme au delà de la fourniture du panneau. Il clignote le plus souvent lors de la régulation.
Sur le circuit 230V le voyant bleu ALT est allumé en permanence (Clignotement à 50 Hz non visible en réalité)
Enfin, sur le module TRIAC, il ya aussi d'origine une LED "Fire" qui s’allume à chaque ordre de feu du TRIAC. Ne pas confondre cette LED avec la D14 qui représente le signal INJECT qui n'est pas tout à fait le signal Fire car ces LED écclairent souvent ensemble mais pas toujours !
7.7 Conclusions schéma
Rien de particulier au niveau matériel, tout a été largement dimensionné pour pouvoir évoluer, car les nombreuses I/O non utilisées servent au debug, car parmi les signaux affectés à des I/O de contrôle on trouve ALT+ en RB0, Z-C en RB1, Inject en RB2, et les interrupts Timer2 en RB4.
Tous ces signaux permettent de comprendre un peu mieux ce qui se passe, car les problèmes de timing sont importants et les temps sont serrés.
On peut voir sur ces deux images capturées avec le simulateur et horloge à 20.MHz le reste du temps avec PR2=67 et PR2=68.
Il serait risqué de faire mieux, (au risque comme on dit "d'aller bouffer dans la gamelle du voisin !)
Sur ces relevés, on voit les différents points cruciaux qui sont indiqués en rouge.
Le PR2 permet de figer et de répartir le comptage des mesures, tout autant de calibrer le Fire_Byt et le Z-C (non utilisé maintenant).
Sur la Première simulation, le PR2 est à 67 et laisse une bonne distance avant la fin du signal ALT+.
Cette distance permet de faire une partie des calculs et laisse une marge suffisante en cas de légère variation de la fréquence secteur.
Sur les 2ème et 3ème simulations, avec PR2=68, on constate que la sécurité n'est plus que de 45µs, ce qui est tout de même un peu "serré" en cas de légère variation de fréquence secteur.
C'est grâce à ces simulations que j'ai pu vérifier les différents timings.
De plus comme ces éléments sont reportés sur des I/O en sortie, sur la mise au point réelle, on peut également vérifier au scope ce qui se passe.
Sur l'agrandissement, on peut remarquer que le Z-C (qui n'est plus utilisé), est calculé par le ALT+ et qu'en conséquence il est décalé de quelques instructions, mais est conforme (comme le "Fire") à 5 Int TMR2.
Quand on regarde les 180 interrupts qui déclenchent une mesure ANA, on se rend compte qu'il faut réellement aller très vite pour régler de "malheureux problèmes de 50 Hz" ! C'est ainsi !
8 Le programme
Le programme a beaucoup évolué suite à des erreurs de compréhension, car j'avais pensé au départ utiliser une table pour affecter directement l'angle du Fire à la bonne valeur. Bien entendu une fois affectée la valeur du Fire, la situation était toute autre ! Stupide ! Il a beaucoup évolué aussi à cause des fonctionnements aux cas particuliers et également pour n'avoir pas bien identifié la double régulation et les conséquences.
J'avais aussi voulu différentier les brutales variations de consommation, surtout lorsqu'elles sont vers la consommation, mais cette séparation complique beaucoup les choses et j'en suis revenu simplement à réguler le Fire par des incréments ou décrément de l'angle du Fire toutes les 10 ms.
Il ne faut pas se leurrer, ces consommations ponctuelles restes anecdotiques car leur durée est très faible.
Le principal écueil est l'oscillation sur des variations importantes de courant, aussi bien dans un sens que dans le sens opposé.
Je dois avouer humblement que je n'ai pas parfaitement embrassé la totalité des phénomènes, et que le sujet est encore chaud.
Le but premier est d'utiliser le trop d'énergie, aussi, tout est fait pour ne pas consommer, même de façon légère. Ainsi les comparaisons sont toujours vers une minuscule réinjection sur le réseau plutôt qu'une légère consommation.
Là aussi, je suis revenu à cette notion de table, car lors d'un épisode brutal dans un sens comme dans l'autre (Injection ou consommation), mais surtout injection, on ne sait plus très bien à quel niveau on se situe car ce niveau oscille du mini au maxi.
Il faut donc dans une alternance appliquer rapidement la courbe de puissance correspondante pour bloquer ces oscillations et revenir à une situation de régulation par incrément/décrément.
Cette table à l'image d'une courbe de puissance est ordonnée de 90° angulaires à 180° et directement en valeur des mesures analogiques. (Voir les courbes ci-dessus au § 6.3)
Cette table est scindée en 3 parties de valeurs 16 bits et une partie en 8 bits. Ceci dans le but de trouver rapidement une valeur proche de la mesure ANA. Cette valeur trouvée donne par sa position dans la table l'angle du "Fire" par valeur supérieure pour ne pas consommer.
On peut dire que cette table est compliquée à souhait pour être rapide. Elle est creuse car toutes les valeurs ne trouvent pas de correspondance mais sont souvent encadrées par des valeurs inférieures et supérieures. La recherche est donc assez longue d'autant que l'on doit rester d'un seul côté pour ne pas consommer.
La partie de table 8 bits est organisée à l'envers pour le parcours le plus probable et gagner ainsi du temps. (Les valeurs vers 90° étant les moins fréquentes).
8.1 Le principe du Timer 2
Ce timer2 est particulièrement utile pour gérer le Fire, car il fonctionne sur la base d'une comparaison entre les registres TMR2 et PR2. Dès l'égalité une INT est générée. Le signal d'horloge du PIC Fosc/4 étant d'abord divisé par 4, puis compté dans TMR2. A l'égalité tout est remis à zéro et un nouveau cycle recommence. Ce cycle d'INT est de 55µs, et le cycle global de #10ms bien entendu !
55µs x 180=9.9 ms ! Comme ça s'arrange bien face à une demi période de 10ms.
Si le cycle est synchronisé au départ par le Signal ALT+, il est nécessairement légèrement plus court que 10ms, car autrement le fire tomberait en tout début d'alternance et là ce serait de la surconsommation, inacceptable et à l'inverse du but recherché.
Cela signifie aussi que l'on ne pourrait jamais atteindre l'extinction complète du triac...? Un blocage du fire dans quelques situations permettra de gérer au mieux cette difficulté, sans pour autant perdre le Fire_Byt qui est alors masqué.
Ce cycle de mesure doit pouvoir s'ajuster au mieux pour palier quelques irrégularités de la fréquence du réseau et c'est surtout pour cela qu'il faut être légèrement plus court.
8.2 Le cycle de mesures
La première règle consiste à ne mesurer que sur l'alternance positive car c'est plus simple de "manipuler" du positif ! On admettra le principe de la symétrie des alternances positives et négatives (Voir les points particuliers en annexe)
Dans ce sous-programme de mesure, on réalisait initialement 180 mesures de courant, mais pas seulement, car ces 180 mesures étaient faites en séquence sur 2 à 20 périodes (Variable Nb_ALT) soit de 40ms à 400ms paramétrable en EQU dans le programme.
Cette méthode avait l'inconvénient de générer une moyenne qui ne représentait plus la réalité de l'instant, car un interrupteur de baissé sur un radiateur de 1000W par exemple fait une montée en courant sur 1 à 2 périodes, cela en fonction de l'impact précis sur la courbe sinus de la tension. (voir oscillogramme ci-dessous avec une mise en marche immédiatement suivie d'un arrêt)
Cette méthode de moyennes de plusieurs mesures consécutives n'est pas bonne et je suis revenu à de la mesure instantanée avec 180 mesures sur la seule alternance positive.
Le sous-programme de mesure réalise les mesures espacées de 55µs par l'entremise du Timer2 qui donne le Top et calcule la moyenne des courants directement en pas du convertisseur ANA, sans prendre aucune décision et retourne simplement cette moyenne des 180 mesures .
Suivant la position de la moyenne des mesures par rapport au point milieu situé 2.5V, il génère le signal INJECT (Voyant D14 associé), qui s'il est à 1, témoigne de l'opposition du courant avec la tension, donc de l'injection.
A zéro, ce signal peut témoigner différents états (dont la consommation sur le réseau EDF avec courant en phase avec la tension en régulation).
On comprend que le choix du nombre de périodes de mesures est un choix important.
Par exemple, j'ai regardé ce qui se passe sur un impact de courant de consommation, et suivant l'endroit de l'impact de charge (2 KW) dans la sinusoïde, il peut falloir 1 à 2 alternances complètes pour que le courant moyen atteigne sa valeur.
(Ceci d'autant que sur les charges résistives, le courant change avec la température) (Oscillogramme ci-contre)
La division par 180 des mesures pour avoir une moyenne, ne peut se faire qu'à cheval sur l'alternance négative suivante, car les temps ne permettent pas de tout faire à la fin de l'alternance positive, dans le, tout petit créneau de temps restant. (voir § 7.7 pour les temps restant en fin d'alternance +)
C'est durant l'alternance négative, que l'on va regarder le signal INJECT, et s'il est à 1, cela signifie que l'on retourne un peu d'énergie sur le réseau et qu'il faut donc commander le TRIAC un peu plus en avance, soit diminuer l'angle du Fire pour augmenter la consommation dans le cumulus.
Réciproquement s'il est à zéro il faudra augmenter l'angle pour diminuer le retour d'énergie vers le cumulus.
Cette nouvelle valeur du Fire sera appliquée en principe sur l'alternance négative adjacente si les temps de calculs ne dépassent pas 5ms (90° du fire)
(Il faut faire attention de ne pas se tromper car augmenter le courant dans le cumulus doit diminuer l'angle d'attaque du TRIAC et réciproquement)
Cette partie d'envoi du Fire est totalement traitée au niveau de l'INT du Timer 2, car elle demeure assez courte et ne perturbe pas exagérément le programme. (La largeur de l'impulsion de commande du Triac est paramétrée dans le programme (En modulo 55µs).
Il est certain que des interrupts vectorisées avec sauvegarde du contexte seraient géniales, mais à mon âge je ne vais pas faire une étude sur un nouveau micro-contrôleur plus performant ! Désolé ! A vous les jeunes !
C'est finalement assez simple dans l'esprit et les principes, mais des tas de cas particuliers existent et sont souvent difficiles à traiter….
A cela il faut ajouter le contrôle du jour et de la nuit toutes les 1 ou 2 minutes pour couper les relais et éviter de les griller, car ils sont actifs très longtemps, mais ne coupent jamais les courants et les contacts ne devraient pas être usés.
Un des points essentiels est de ne pas dépasser le signal ALT+ à la 180ème mesure. En ce sens le registre PR2 est calé à 67 mais pourrait être plus proche à 68, mais avec un risque en cas de petite baisse de fréquence du réseau de "taper" en dehors des limites et d'induire la consommation totale du cumulus.
(Une anecdote qui a défrayée les radios locales : Suite à l'interconnexion des réseaux électriques Européens, une baisse globale du nombre de périodes avait eu lieu il y a 1 ou 2 années, et elle avait entraîné un retard des radio réveils des usagers et un retard d'arrivée au travail !!!) Ceci témoigne que la variation de fréquence est non seulement possible mais s'est produite !
Actuellement je suis avec un quartz de 20.250 MHz, et j'ai abandonné le quartz à 20.480 MHz un peu trop éloigné du datasheet de ce PIC.
20.250 MHz est plus conforme aux spécifications d'horloge du PIC. Il sera aussi plus proche du maxi de 10 ms, tout en laissant quand même un peu de marge face aux nombreux aléas pouvant survenir. (Cette valeur peut permettre aussi un PR2 à 68)
Le fait d'être en position de nuit sera visualisé par l'arrêt des 2 relais (LED éteintes)
Dans les versions ultérieures, la mise à l'heure précise pourrait être faite par appui sur le seul switch au moment de l'initialisation, mais je reconnais que ce n'est pas bien pratique. Le mieux serait de prendre l'heure directement ailleurs (GPS, DS1307…etc) à vous de faire !
Ces nouvelles fonctionnalités, ne peuvent être réalisées qu'avec un nouveau circuit imprimé, car la connectique manque. Il serait vain de bâcler cette partie car lorsque l'on manipule le 230V, il faut rester vigilant et faire le mieux possible en évitant les "bidouilles" qui peuvent devenir des sources de gros problèmes, même avec des protections correctes.
9 Conclusions
9.1 Panneaux photovoltaïques, obligations légales
Ce projet de router fait évidemment suite à mon installation de 2 panneaux photovoltaïques en auto consommation, et comme ENEDIS n'autorise pas (En théorie) de retour d'énergie, (Alors que tout le monde sait que c'est quasiment impossible dans ce type d'installation) j'ai essayé de respecter cette obligation pour 2 raisons :
- Cette énergie qui retourne dans le réseau serait perdue pour moi qui ai payé mes panneaux et ne profiterait pas pleinement à mon investissement.
- En deuxième lieu je suis en règle avec ENEDIS, ce qui est mieux et j'évite de leur laisser de l'énergie gratuite !
Peut-être que cette interdiction est simplement voulue pour que l'on ne puisse pas réclamer d'indemnisation pour l'énergie réinjectée ? C'est ainsi plus facile et tout bénéfice pour le producteur ?
Concernant les panneaux, j'ai eu de la chance de retrouver mon certificat du CONSUEL qui date de 50 ans ! Sans ce document pas d'autorisation possible sans une nouvelle inspection (Payante naturellement).
J'ai aussi la chance pour l'instant que l'onduleur HOYMILES ait été homologué (Obligatoire au niveau ENEDIS) et fonctionne parfaitement, et cela c'est un peu grâce à la Société SOLAR COOP et au conseil de l'Association GAÏA Énergie de BELFORT que j'avais consultée avant mon installation de panneaux. 
(Voici également l'oscillogramme du courant généré par l'onduleur... Il est vraiment parfait !)
Pour la prise en compte des principes, un merci aussi à l'association P'tiwatt qui a réalisé un projet en langage C sur un autre micro plus puissant, mais ma préférence est pour l'assembleur et les micro PIC que je connais bien pour les avoir largement utilisé. Les informations données m'ont permis de développer mon propre système router, certainement très différent et beaucoup plus restreint au niveau programmation des résultats.
Ce qui n'est dit nulle part est qu'il faut une Demande Préalable (DP) en mairie, même pour installer seulement 2 petits panneaux en toiture, mais que cette demande est le plus souvent retransmise aux organismes publics centralisateurs régionaux qui édictent encore des textes débiles comme l'obligation d'insérer les panneaux dans la toiture.
Heureusement mon Maire est bienveillant et parfaitement d'accord de les mettre en applique sur les tuiles, car au final c'est lui le décideur. Ces aléas administratifs sont pénibles, mais il reste encore une solution si ça se passe mal, qui est de mettre les panneaux au sol. Dans ce cas pas de DP nécessaire !
Je dois dire aussi que la solution au sol en tracking m'aurait bien plu, mais c'est trop de travail à l'aube de mes 77 ans….
9.2 Le Router
Il est encore en essais et semble bien répondre à sa fonction. Il y a encore des modifications à apporter, mais le cœur du projet est bien avancé et est déjà opérationnel , et il s'agit seulement d'améliorations ou extensions sans impact direct ou remise en cause du principe de régulation.
Un point toujours en étude est le cas où production et consommation sont presque identiques. Ce cas génère souvent des oscillations néfastes et consommatrices.
Il n'y aura pas de complément à cet article faute de temps.
Cette application reste globalement simple tant au niveau hardware que logiciel mais elle est cependant pointue sur deux parties, notamment sur la détection du zéro de la tension, car cela conditionne tout le bon fonctionnement du programme.
Elle est pointue également sur la gestion des Interruptions sur les signaux ALT+ et la gestion du Timer2.
Elle est pointue aussi sur tous les phénomènes d'oscillations qui empoisonnent tous les cas particuliers de cette double régulation production solaire associée à des consommations ménagères imprévisibles.
Le programme source assembleur dans son état au jour d'une demande sera en transmis gracieusement aux seules personnes physiques qui en feront la demande pour leur usage personnel et sous leur seule responsabilité, mais ne pourra pas servir directement de base à un projet industriel sans mon accord et ne sera jamais mis à jour par la suite.
Pour toute question sur cette application, me contacter par le lien "Contacter l'auteur".
(Les commentaires étant bloqués suite à quelques spammeurs idiots…!).
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10 Annexe des Points relevés avant et pendant la réalisation
10.1 Horloge PIC à 20 MHz
Avec quartz pour la précision.
Comme les temps sont extrêmement serrés, et pour la certitude d'être bien positionné dans une demi période, j'ai utilisé plusieurs quartz : 20.000 MHz, puis 20.480 MHz à PR2 68 et maintenant 20.250, bien que cette petite augmentation soit hors limites du constructeur. C'est si faible que l'on peut considérer que c'est la seule dispersion de composants. Ces fréquences n'affectent même pas le générateur de bauds qui continue de bien fonctionner pour la vitesse prévue de 115200 bps.
Tout ce qui concerne les temps ne se trouve pas "balayé" par cette petite augmentation et rien ne sera fait par ailleurs pour compenser cette modif.
En dernier lieu le quartz est donc repassé définitivement à 20.250MHz et le PR2 à 67 ce qui semble compatible avec une meilleure répartition sur les 180° et de ce fait réduit à une valeur acceptable l'écart entre la fin des INT du TMR2 et le front descendant du signal ALT.
NOTA: Le simulateur n'accepte pas les décimales de mégaHertz.
10.2 Temps de mesure ANA
A 20 MHz, le TAQ avec Rs=2 K peut être de 3µs et le TAD à 1.6µs si Fosc/32 soit 11 TAD=20.6µs
Une mesure coûte donc en arrondi =25 µs
On utilisera ADFM=1 avec les 2 poids forts sur le deuxième octet
D'une façon générale on fera 180 mesures sur une demi période de 10 ms avec une résolution de 10 bits, soit théoriquement 360 octets (10 bits) représentant le courant au niveau du disjoncteur général.
Ce courant sera une consommation de l'habitation ou au contraire une injection de courant vers EDF suivant qu'il sera Supérieur ou Inférieur à 2.5V respectivement .
Ce nombre de 180 ne sera plus augmenté d'un nombre d'alternances adjacentes supplémentaires de quelques unités pour moyenner les mesures car cela est néfaste aux impacts de charge ou de libération de charge.
Nous n'avons pas les moyens de stocker autant de mesures pour en faire la moyenne. On fera donc la somme instantanée des valeurs 16 bits vers un cumul 24 bits qui est rapide et on divisera ensuite par 180.
Cela représente tout de même au maxi 9000 mesures analogiques par seconde et c'est conséquent.
Le courant mesuré par un TI (Transformateur d'Intensité) est converti en tension dans une résistance (Burden) au secondaire du TI. Cette tension est limitée par des zeners avec résistance chutrice.
On choisira cette résistance pour ne pas saturer aux faibles courants mais aussi pour avoir la valeur la plus élevée possible depuis 0 Ampères jusqu'à la valeur de courant correspondant à la puissance des panneaux, soit dans mon cas, 2 panneaux pour 700 Watts soit environ 3 A sous 230V.
(On n'a donc aucunement besoin de repasser par les puissances (Multiplier par 230) puisque c'est proportionnel)
10.3 Moyennes / sécurité des valeurs mesurées
Les courants issus de l'électronique et du redressement sont des courants qui ne ressemblent plus à des sinusoïdes mais sont totalement déformés.
Aussi on est obligé de passer par des valeurs moyennes, car on peut toujours parler de valeur efficace, mais on ne peut plus la mesurer de façon simple (valeur communément utilisée par tout appareil de mesure en régime alternatif SINUSOÏDAL).
Je laisserai de côté la moyenne quadratique car je ne peux pas extraire une racine carrée et pas plus élever au carré avec les matériels dont je dispose et des contraintes de temps.
On fera donc une mesure toutes les 55 µs de la valeur instantanée du courant, et à la fin des mesures on calculera simplement la moyenne de ces 180 mesures que l'on divisera au final).
En réalité j'avais réalisé des mesures multiples sur plusieurs alternances positives, mais elles avaient l'inconvénient de reporter et de moyenner des informations cruciales.
J'ai donc abandonné cette méthode et je ne mesure qu'une seule fois une alternance positive avec application dès l'alternance négative du "Fire" (si possible !).
Ceci à condition que les temps de calcul ne dépassent pas la moitié de la demi-période négative, car c'est à partir de cet instant (90°) que l'on peut lancer le fire (Puissance cumulus environ double de la puissance photovoltaïque).
Cette mesure détermine si l'on est en production ou en consommation quelque soit la forme du courant, et c'est justement là que c'est très important.
Je m'arrangerai de toutes façons pour être toujours en petite injection, ce qui est la base, en effet, j'éviterai d'accepter la plus petite consommation, car aux limites je serai toujours perdant sur une petite variation. L'essentiel est d'avoir une bonne sauvegarde du surplus, sans viser le dernier Wh à préserver.
10.4 Point de référence à 2.5V
Tous les courants sont mesurés par rapport à une référence de +2.5V. A l'origine j'avais prévu une solution globale avec un LM385-1.2 avec pont de résistances, pour référencer à 2.5V.
Suite à un accident dans la consommation du 5V qui s'était abaissé sensiblement , je m'étais aperçu que cette tension restait parfaite à 2.5V (et que le 5V baissait). De quoi fausser totalement toutes les mesures ANA. Alors je suis revenu à la solution p'titwatt… avec pont de résistance découplé, mais....
Récemment suite aux oscillations lors des retours d'injection (Arrêt d'une forte puissance consommée) j'ai contrôlé de nouveau cette référence de 2.5V pour m'apercevoir qu'elle bougeait lentement et là aussi cela faussait les mesures ANA.
Pas question de créer un deuxième circuit imprimé, trop long, alors je suis revenu cette fois à la solution d'un LM385 mais cette fois un LM385-2.5, ce qui me garanti une tension stable. J'ai remplacé le condensateur de 47 µF par un 17µF CMS bien meilleur au niveau des pertes.
Il subsiste cependant une très légère ondulation dont je n'ai pas la certitude tant elle peut provenir aussi d'inductions parasites. (C'est trouvé, c'est l'ajout du courant cumulus qui perturbe !) Il est débranché ! voilà une solution rapide !
Il faut cependant regarder les choses de façon pragmatique, car cette tension de référence peut avoir des courants de retour quelque peu importants, aussi je pense qu'une véritable alimentation 2.5V (en tracking du 5V ? encore mieux) ne serait pas un luxe, mais certainement la meilleure solution.
On remarquera aussi qu'une solution individuelle pour chaque point de mesure est meilleure, car elle évite des interactions lors des épisodes de variations brutales.
Dans ma réalisation j'ai trois entrées ANA pour des transformateurs d'intensité (TI), aussi 3 petits LM1117-2.5 seraient peut-être bien ?
2 entrées ANA sont réellement très utiles, la 3ème n'est que de contrôle du courant cumuls à l'oscillo . (La 3ème est l'ancienne mesure de la tension pour détection du T-Z). Cette solution reste financièrement abordable, car ces régulateurs sont LDO et bon marché en SOT223. Adieu le tracking du 2.5V depuis le 5V.
En réalité si les régulateurs font bien leur travail, il n'y a pas lieu de "tracker" depuis le 5V, c'est ma vision qui s'appuie sur le bon taux de régulation et de stabilité de ces régulateurs, mais aussi de ne pas faire une usine à gaz.
10.5 Temps zéro et tension 230V
Chaque mesure sera faite à partir de ce point zéro donné par la tension réseau.
Ce Z-C (appelé aussi T-Z) devrait être mis en forme car c'est une fausse calotte de sinusoïde sans fronts raides. (C'est précisément la conjonction d'un redressement double alternance au point zéro)
Le Z-C était initialement issu du variateur à TRIAC. C'est une impulsion positive de 300 à 500µs de large toutes les 10ms (à chaque demi période, photo ci-contre)
A l'origine, j'avais un transfo spécifique (pour éviter toute déformation) délivrant 16 V crête crête qui faisait l'affaire, mais la forme d'onde est un peu "abîmée" et pas tout à fait une sinusoïde parfaite. (Cela semble une spécificité des tous petits transformateurs.)
A ce jour, ce transformateur auxiliaire pour la mesure de tension a été supprimé et un montage spécifique résistif pur, donne un signal carré de la tension secteur. Certes il y a une petite consommation sur des résistances de petite puissance, mais on y gagne beaucoup, on verra pourquoi.
(Je suis également satisfait de l'élimination de ce transformateur, car c'est toujours un risque de dégradation de la phase du signal).
La forme d'onde de la tension est "accessoire" car la valeur plus, ou moins, et le point zéro sont seuls véritablement utiles.
-Non seulement la mise en forme est nécessaire et C'EST LE FRONT MONTANT de Z-C qui est important, car à priori il faut au moins 1.5V pour faire agir la LED de l'opto-coupleur ce qui entraîne un retard d'apparition de ce signal Z-C.
Il me semble donc important de bien mettre le premier front à la verticale par une détection précoce de la montée du signal.
En effet cette impulsion à une largeur à zéro d'environ 500 µs ce qui est énorme par rapport à une demi-période de 10 ms (1/20) et c'est à mon avis beaucoup trop.
La demi largeur est tout de même de 250µs
Une entrée trigger de PIC est aux niveaux CMOS et ça ne va pas vraiment car on perd trop de temps avant d'atteindre la moitié de hauteur.
Il faut passer par un AOP et détecter vers +0.5V cette montée de la sortie.
On ajoutera à la sortie un transistor de protection à l'OPA2348, en espérant ne pas avoir à descendre plus bas en précision de détection de zéro Volts.
Ce problème des alternances et de la détection du zéro est un point capital qui sera développé au paragraphe suivant.
L'essentiel de ce sujet réside dans le front de la détection 0V. Celui-ci doit être le plus proche de la montée du signal.
On ne peut pas espérer que l'entrée RB0 étant sur un trigger de Schmitt pour les INT soit suffisante.
On notera que l'on n'utilisera pas RB0 avec INT mais en "INT on change" pour avoir une interrupt sur les 2 changements de niveau.
J'ai abandonné cette solution du Z-C pour créer moi-même mon système de détection qui est un peu à l'inverse de la solution d'origine reprise par P'tiwatt, voir ci-dessous !
10.6 Solution avec ALT+
Initialement, je créais la polarité de la tension par programme à partir du signal Z-C, mais cela s'est révélé problématique car on pouvait se tromper d'alternance, suite à parasites, ce qui était une catastrophe !
Après une première modification de mise en forme du signal Z-C, le problème restait presque inchangé !
J'ai donc été obligé d'imaginer une nouvelle solution pour palier les problèmes issu de la détection 0 volts d'origine du module.
Je m'étais aperçu de la difficulté de synchroniser parfaitement Z-C et la polarité des alternances. Aussi, en réfléchissant un peu, j'ai pensé que créer un signal carré représentant les alternances serait bien plus pratique que cette seule détection du Z-C.
En tous cas chaque front sera directement à l'origine du signal zéro volt. En effet dans l'ancien système, il fallait faire une mesure de la tension pour déterminer l'alternance en cours, ce qui prenait effectivement un temps non négligeable.
Ce nouveau principe n'a pas cet inconvénient puisque, on sait en permanence dans quelle alternance on se trouve, par ce signal ALT+.
Le signal ALT (également nommé ALT+) est donc simplement l'image carrée de la sinusoïde secteur en 5V cc. De plus, le fait que les deux signaux soient quasiment synchrones, il sera toujours possible de mettre un offset en cas de position, incorrecte par rapport au zéro réel de la tension. C'est un gros avantage.
De plus dans l'ancienne solution, la détection du Z-C par programme n'était faite qu'une seule fois en début de programme par manque de temps, et en cas d'aléas, (Brèves coupures secteur avec rétablissement de tension non synchrone) on pouvait facilement, se trouver en opposition de tension et créer éventuellement des consommations réelles par erreur de routage vers le cumulus.
J'ai profité de cette modification pour regrouper les fils secteurs vers les disjoncteurs qui ne sont pas conçus pour serrer de petits fils ET des gros.
J'ai donc crée un deuxième signal Z-C qui ne sera pas utilisé, car il est inutile. Il est seulement possible de régler la symétrie des 2 fois 10 ms, par ajustement des seuils de basculement.
Ce signal Z-C ne sert à rien car on a le signal ALT+ qui nous indique par ses fronts le Z-C et la polarité nous donne l'alternance en cours.
10.7 Essais des variateurs à TRIAC
Le variateur à TRIAC fonctionne bien et des courbes ont été réalisées, qui ont permis de faire avec une ampoule de 29 Watts l'extrapolation avec une résistance de 1500W qui est la résistance du cumulus.
Voici les résultats relevés et les courbes correspondantes. J'ai même regardé pour voir si on pouvait faire la compensation du cosinus Phi...!!! 
(On laisse de côté !)
C'est à peu près le bon endroit pour évoquer cela :
Regardez cette photo du display en connexion avec le compteur LINKY . Trouvez vous normal d'avoir un courant de 2A
et aucune puissance (Active) ?
Eh bien oui, c'est ce qui se produit lorsque l'on envoie du courant en pics dans le cumulus. Ce courant n'est pas sinusoïdal et en conséquence il génère du réactif.
Vous pouvez le vérifier sur la photo du tableur où vous pouvez voir que plus le pic est petit, plus le cosinus Phi et petit.
C'est lors de cet essai que je m'en suis véritablement rendu compte. (le cosinus phi à été multiplié par 100 pour faciliter les échelles des graphiques)
C'est donc bien du courant réactif, mais heureusement il n'est pas facturé pour les particuliers, mais le LINKY ne devrait pas accepter à concurrence de l'équivalent de courant réactif correspondant à la puissance active souscrite... (Bien compliqué à dire).
On en sera toujours très loin en principe.
En conclusion annexe, j'ai envie de dire aussi, (mais là mes connaissances s'amenuisent), que l'onduleur ne peut pas générer du courant réactif, ce qui me semble plausible.
Je voulais par ce petit exemple, montrer combien ces sujets ne sont pas si évidents que cela, car ils touchent à de nombreux
domaines.
Le courant (Courbe verte) est pratiquement linéaire jusqu'à 80% du temps de la demi période
Il a fallu synchroniser "à la main" le générateur (Entrée sync en panne) 
Actuellement la largeur de l'impulsion unique de commande est de 270 µs ce qui n'occasionne pas de "loupés".
Il est possible d'augmenter cette valeur en modulo 55µs par paramétrage (EQU) dans le programme.
On notera que les dernières valeurs de cette impulsion seront de toutes façons tronquées par la fin d'une alternance (+ ou – d'ailleurs).
La régulation vers le cumulus se réalise entre 90° et 180° de l'alternance positive et symétriquement pour l'alternance négative.
Cependant cela laisse peu de marge de manœuvre angulaire pour rediriger l'énergie vers le cumulus, soit seulement 2x90° sur les 360 degrés d'une période.
De plus, les valeurs extrêmes (90 à 110 environ) sont à variation lente de puissance, ce qui n'est pas le cas vers 180° où c'est presque linéaire.
Ainsi une faible puissance dirigée vers le cumulus est toujours assez "binaire" car elle joue sur quelques degrés angulaires, ce qui n'est pas le cas vers les plus fortes valeurs où le réglage est plus doux.
10.8 Mesure des courants Habitation / panneau
Le signal tension est directement obtenu par le signal ALT+. Il n'y a plus nécessité de chercher dans quelle alternance on se trouve, le signal ALT+ l'indique par hardware directement, ce qui est une plus grande sécurité. Il servira à contrôler si le courant est en opposition à la tension, ce qui indiquerait que l'on réinjecte du courant dans le réseau ENEDIS.
On choisira donc l'alternance positive et on regardera alors où se situe le courant général.
De façon très simple, tout courant mesuré en dessous de 2.5V sera un courant en opposition à la tension, et donc une injection vers le réseau public.
Tout courant mesuré dont la tension est supérieure à 2.5V représentera une consommation EDF, mais à ce stade, il ne sera pas possible de savoir si, avec ce seul TI il y a ou non un complément apporté par les panneaux (Ceci est très important de le remarquer et c'est un cas que je ne vois mentionné nulle part)
Comme indiqué, il faudra faire une série de mesures du courant, on fera une adéquation fort utile entre degrés angulaires pour refouler le trop d'énergie vers le cumulus, et on fera donc 180 mesures durant 10 ms.
En dernière modification, on ne fera qu'une seule série de 180 mesures pour mieux prendre en compte les variations brusques de consommation d'une habitation.
On pourra ainsi donner le Fire du triac en termes de degrés angulaires dans chaque demi période.
Le "Fire" sera calculé en fin d'alternance positive et à cheval sur l'alternance négative. L'alternance positive totale servira à 98% aux seules mesures du courant (En phase ou opposition).
Le capteur transformateur de courant (TI) est un 20A/20mA, ce qui donne dans le Burden de 500 ohms ±2.5V cc au maxi, avec écrêtage par zener pour les forts courants.
Je crois l'avoir déjà largement indiqué, mais on ne travaillera que sur l'alternance positive, car en 10 ms avec 180 mesures analogiques, il reste peu de temps pour faire le reste….
Il y a une grosse opération finale à faire qui est la division des 180 mesures, pour obtenir la moyenne. Cette opération dépasse le temps des 10 ms d'acquisition des valeurs et ne peut être réalisée qu'à la fin de la 180 ème mesure et à cheval sur l'alternance négative adjacente.
10.9 Puissances
P=UI(*Cos Phi) A priori, la lecture des seuls courants est une partie importante (au cos Phi près) et numériquement le courant représente la puissance au facteur tension près ainsi que du cos Phi.
Je ne sais pas encore si le simple calcul des puissances entrantes et sortantes, en d'autres termes si le panneau fournit de la puissance et qu'il y a une puissance presque nulle en sortie vers le compteur.
A ce stade, la lecture du LINKY peut permettre de vérifier les éléments calculés et de voir qu'il n'y a pas de problèmes.
Il est plus qu'important de dire que ce petit outil de lecture du LINKY m'a énormément aidé dans la mise au point.
(En réalité j'avais prévu en cas de grandes difficultés techniques pour aboutir à ce projet de router, d'utiliser cette lecture du LINKY pour réaliser tout de même ce router. Je n'en n'ai pas eu directement besoin heureusement, car la précision des valeurs données par le LINKY est misérable. De plus la vitesse de 1200 bps n'est pas "terrible" !
Une entrée 1200 bps est prévue (et même à 9600 bps ce qui aurait dû être le cas et qui m'avait nécessité de passer en fibre optique)
J'ai cru un instant que ce montage LINKY pouvait être modifié et amélioré pour faire apparaître le mot de status du LINKY qui contient des informations importantes comme les bits 8 et 9 et éventuellement l'état du contact sec.
Bit 8 : fonctionnement producteur/consommateur (On voit tout de suite l'intérêt !)
Bit 9 : Sens de l'énergie Active
En réalité ce mot de status n'est pas accessible à l'usager et seul le MOT D'ETAT est accessible mais ne contient pas ces informations
On notera la relation de puissance entre celle du cumulus et celle potentiellement disponible des panneaux photovoltaïques (au maximum).
Ainsi avec une consommation permanente de 180 à 250W (Talon de consommation) , une puissance maxi photovoltaïque de 700W et un cumulus de 1500 W, cela implique de déclencher le TRIAC au moins à partir du maximum du signal de tension sur chaque alternance (90° pour ALT+).
Théoriquement on pourrait même limiter vers les 100 à 110° si on connait avec précision le minimum absolu du talon de consommation, mais on se contentera de considérer que le talon peut parfois devenir nul c'est plus prudent!
10.10 La régulation
J'ai d'abord commencé avec une table des puissances fonction de l'angle Fire. Pour rappel la puissance est une fonction de type y=cos 2wt c'est-à-dire de fréquence double du signal alternatif soit 100 Hz. Je l'avais un peu oublié, mais c'est très évident, car il existe une alternance négative qui compte autant que la positive pour le transfert de puissance.
J'avais simplement oublié qu'une fois la valeur trouvée et le Fire appliqué, la situation ne peut plus correspondre !!! Évidemment ! Il y a des fois où la vieillesse vous fait faire des bêtises …
Le fond du problème après maints essais m'a fait voir que je n'ai pas assez réfléchi au sujet, car cette régulation est complexe. Il y a en fait 2 paramètres qui peuvent varier très différemment :
- Le niveau de l'énergie des panneaux est variable à l'année, au mois, au cours des minutes et secondes suivant les nuages, variable au niveau des heures de la journée et la nuit où cette fois il n'y a plus aucune énergie photovoltaïque. C'est principalement des variations assez lentes (Nuages par exemple quelques 10èmes de seconde avec vent fort).
- Parallèlement les demandes d'énergie dans la maison peuvent survenir n'importe quand et cette fois avec des petites demandes ou de très grosses (Four micro-ondes, four, télé grand écran, chargeur ou éclairage pour les petites). (Variations de l'ordre de 40 ms maxi en établissement ou relâchement de puissance)
- Les impacts de charge sur le réseau total (réseau Habitation + Onduleur) ne sont pas instantanés, mais se répercutent sur 2 à 5 alternances (pour l'exemple avec une charge résistive de 2KW). Ce fait est très important surtout lorsque l'on recherche si un appareil de puissance vient d'être mis en marche. Si on mesure le courant sur plusieurs alternances, l'impact sera un peu plus marqué que sur une seule. (photo ci_contre ON 2KW résistifs)
Les principales difficultés se concentrent à l'arrêt de l'appareil de puissance. En effet à ce moment la régulation a tendance à entrer en oscillation, et c'est la principale difficulté dans la régulation.
Il faut donc réguler le router pour ces deux paramètres et éviter… les oscillations ! C'est certainement le point le plus difficile à résoudre et celui qui se produit encore parfois dans des cas très particuliers.
Pour l'instant je tâtonne un peu et le simple fait de ne regarder que Injection ou Consommation n'est pas suffisant.
Il faut aussi prendre en compte les instants où les consommations sont du même ordre de grandeur que l'énergie photovoltaïque et dans ce cas on régule sur des "pouillèmes" et dans cette situation il semble préférable de couper le TRIAC vers le cumulus, sous peine cette fois de consommer, c'est à dire le but inverse du router !!!. (C'est ce point qui me chagrine à l'instant !)
Dans ce dernier cas, il n'y a pas d'autre possibilité que la temporisation d'assez longue durée en secondes ou minutes.
Il y a aussi les impacts de charge, tant en charge comme pour un four micro onde qui se met en marche, mais aussi lorsque celui-ci s'arrête (libération de charge).
Information :
Si vous ne le saviez pas, un four micro onde ne sait pas fonctionner autrement qu'à puissance nominale (ou nulle) avec le magnétron arrêté, et la durée totale est parsemée de ces deux périodes d'activité et de repos qui permettent à la chaleur emmagasinée lors de l'activité de se répartir lors des repos.
Ce système est très éprouvant pour la régulation d'autant que "le cosinus Phi fait des pirouettes pas possibles et frôle la crise cardiaque !"
La régulation est donc un point extrêmement important que j'ai largement sous-estimé lors de l'étude.
A suivre, façon de parler car je n'ajouterai rien de plus, car c'est encore en essais.
A ce jour je pense avoir résolu les impacts de charge, mais le problème des oscillations lorsque l'injection est minimum est encore en essais.
10.11 Le problème du cumulus
Sur la photo ci-contre on peut voir le capot d'origine des arrivées de tension par la gaine noire en partie basse.
On peut distinguer l'adjonction d'une prise de courant alimentée par le cumulus lui-même (Commande par le PAC20) qui donne l'énergie à une petite alim (noire en face avant) qui commande le contacteur d'inversion Alim/pac20 ou Alim par TRIAC.
Les temps de transfert des contacts donnent la sécurité d'absence de conflit.
Au dessus une petite lampe tungstène de frigo indique si on dérive du courant vers le cumulus au lieu de le réinjecter sur le réseau.
(C'est un témoin de fonctionnement de 7 Watts qui a l'avantage d'être visible et de quantifier un peu le niveau de puissance, ce qui ne serait pas possible avec une lampe LED standard)
Cette lampe scintille, éclaire, ou rougit à peine suivant l'angle de commande du Triac et l'énergie disponible.
A noter qu'une petite LED avec 56K 1W pourrait être utilisée en lieu et place de ces 7 Watts (Des lampes tungstène de 1W 230V n'existent pas !) Mis en place sur le module TRIAC
Sur la première photo on distingue la partie basse de la régulation solaire thermique située juste au dessus, mais on voit tous les fils blindés de mesure des températures.
(C'est après un essai un peu "piquant" que j'ajoute ce sujet…J'ajoute qu'un flash important a explosé le triac à priori à cause d'un retour de tension par le thermostat).
Mon installation domestique était initialement prévue en triphasé, ainsi pour le cumulus, il y a donc 5 fils, 3 phases, neutre et terre au niveau de la boîte de raccordement.
Pour pouvoir utiliser pleinement le panneau solaire thermique dans les cas de faible consommation d'ECS et éviter la réinjection dans le réseau, du solaire photovoltaïque, il y a lieu d'utiliser le surplus d'énergie photovoltaïque en chauffant "un peu" l'eau d'un cumulus. C'est le moyen le plus logique et facile de stocker de l'énergie au niveau individuel.
Il y a cependant un problème, et particulièrement chez moi, car le cumulus cité est avec échangeur solaire (thermique) mais dispose aussi d'une résistance électrique en cas de manque de soleil.
(Un deuxième cumulus sans appoint électrique est uniquement sur la chaudière fuel et n'a pas de résistance d'appoint)
Pour être sûr de pouvoir toujours chauffer l'eau pleinement, il y a nécessité de passer outre le thermostat en série avec la résistance (Habituellement réglé vers 60° pour les économies d'énergie).
Deux problèmes à ce stade, que va-t-il se passer en cas de surchauffe ? Alors là pour une production photovoltaïque de 700W maxi pour 200 litres d'eau et une résistance de 1500 W, je dirai que le risque est très faible sauf en période d'été où la conjugaison thermique et photovoltaïque sera à son maximum.
Dans ce cas, ce sera au groupe de sécurité de faire son office.
Avis aux fabricants de cumulus pour placer un deuxième thermostat, je garde à cette date du 19/02/2023 la pérennité de l'idée. Dans cette optique de surchauffe, il faudra arrêter et laisser filer l'énergie vers le réseau.
Autre solution, réduire artificiellement la production thermique ou photovoltaïque !
Il existe encore une autre solution pour contrôler cette température maxi à ne pas dépasser sans s'appuyer sur le fonctionnement du groupe de sécurité, qui serait, faute d'un 2 ème thermostat de placer une sonde de température, mais cela devient vite une usine pour régler un problème trop simple…
Il est vrai que ma maison est devenue très technique au fil des années et qu'à 77 ans il faut pour le profane une bonne dose de technicité pour comprendre ce qui est en place…
Mon épouse baisse les bras, mais je fais pour que tout soit le plus normal possible sans intervention et pour réduire au maximum les pannes.
Que faire ? Je resterai pour ma part dans la région Est où le soleil n'est que rarement au maxi, et je laisserai le groupe de sécurité faire son travail. C'est critiquable, mais j'assume. (Au pire, un mini thermostat 95°C, 10 A de quelques Euros en série avec le premier, permettra la sécurité).
Voyons maintenant un autre point de sécurité…
En faisant mes repérages de câbles électriques, je vérifiais avec le 230V par les voyants du cumulus, sur la ligne standard raccordée au tableau électrique, j'ai pris une bonne petite châtaigne sur le fil d'alimentation dédié au triac car le thermostat n'avait pas atteint la température, il était donc fermé.
ATTENTION donc à ces RETOURS dus à la présence de 2 alimentations 230V~ distinctes.
Les retours de tension sont toujours possibles d'un côté comme de l'autre quelle que soit la position des relais et suivant les thermostats ouverts ou fermés, en fonction de la température de l'eau.
C'est donc un danger permanent car la tension peut arriver par l'autre branche.
Pour éviter tout problème pour vous qui n'avez qu'un seul fil pour le cumulus, il me semble préférable d'insérer un commutateur 2 positions, l'une pour chauffage forcé (ou par tarif de nuit), et l'autre pour appoint router photovoltaïque.
Suite à cela, il faut pouvoir intervenir rapidement sur les dispositifs de coupure, aussi les anciennes protections par fusible, peu pratiques, devront être remplacées par des minis disjoncteurs.
Cette particularité a nécessité l'utilisation de 2 relais pour éviter d'injecter à l'envers une tension sur la sortie du triac. Cela a nécessité aussi un contacteur sur le cumulus pour éviter les retours lors du basculement du PAC20 et se prémunir d'une éventuelle coupure du secteur qui ne doit pas faire fondre de nouveau le TRIAC. Pour cela il a fallu une petite alim 24V sur le cumulus, qui n'est en fonction que si on veut chauffer en électrique direct l'eau, par la commande d'un interrupteur PAC20.
Je n'aime pas non plus laisser le TRIAC avec le 230V sur l'une des bornes, aussi je préfère l'isoler totalement, ce qui renforcera du même coup le retour du 230V sur la sortie. Je suis d'accord que c'est un peu idiot mais j'assume, sécurité oblige !
Voyez donc ce nouveau schéma qui devrait résister à une coupure secteur et autoriser le basculement en chauffe d'urgence par le PAC20, sans se soucier du photovoltaïque en fonctionnement ou non. (rappel ci-contre)
Encore un oubli, et toujours avant de faire l'essai réel…
Je n'ai pas fait attention au problème du Neutre commuté par le thermostat, mais aussi au niveau du combiné interrupteur PAC20.
Je suppose que c'est anormal d'un point de vue NFC15-100, mais je n'ai pas vraiment d'autre choix que de rendre le neutre commun et non commuté.
En électrotechnique, ça passe ou c'est coupé, ça ne pose pas de problème, mais en électronique c'est tout de même un peu différent, car il faut une référence des diverses tensions.
En France, cela ne pose pas de problème puisque le Neutre est toujours mis à la terre par le distributeur d'énergie, du moins pour la majorité des particuliers.
Son potentiel est normalement proche de celui de la terre, aux courants de fuite près, mais il n'y a aucun risque d'électrocution EN PRINCIPE. (En effet il peut encore exister de vieux réseaux 127/230, et dans ces cas il n'y a pas de Neutre mais 2 phases, alors vérifiez toujours. Il peut aussi y avoir des erreurs de branchement !) Ne pas utiliser ce router si il n'y a pas de Neutre
Dire que je recommande cette façon de faire est faux, mais sans faire une usine à gaz avec de nombreux relais, je ne vois pas comment me débrouiller autrement pour régler ce problème, car il faut aussi prévoir la coupure du secteur et son ré enclenchement inopiné, avec le risque que le PIC démarre sur une fausse piste !!!
Je dois dire que ne m'attendais pas à l'explosion du triac dont je n'ai pas encore la certitude absolue de la cause de sa destruction,
A bon entendeur salut, ne faites pas comme je dis, mais innovez et faites mieux que moi en respectant toutes les normes, qui réglementent la vie électrique…
10.12 Choix du capteur de courant
Celui-ci est avant tout guidé par la puissance photovoltaïque installée.
En effet pour le routeur, l'intérêt est d'utiliser le trop de puissance tant que l'on n'a pas atteint la puissance photo maximum dont on peut disposer.
A cette fin le contrôle de puissance doit être le plus précis aux faibles valeurs jusqu'à cette puissance photovoltaïque. L'idéal est un capteur qui donnera 5 Vcc pour la puissance photovoltaïque maxi.
Les valeurs supérieures ne sont pas concernées car on est certain qu'il n'y a rien à faire au niveau routeur, car il n'entre plus en jeu, vu que toute l'énergie (et d'avantage) est consommée.
J'ai tracé quelques courbes pour différentes valeurs de la résistance Burden du secondaire du TI (Transfo d'Intensité). Comme le mentionne P'tiWATT, pour les valeurs élevées de Burden, il y a saturation.
En ce, sens, il faut essayer d'avoir le maximum de tension sans toutes fois atteindre la saturation et en restant linéaire jusqu'à 5Vcc.
Aussi les valeurs de Burden entre 470 et 1K semblent les mieux adaptées.
J'ai choisi 510 ohms qui est un compromis entre linéarité, tension de sortie et saturation.
Qu'advient-il dans les fortes puissances, puisque la tension maxi ne doit pas dépasser 5V….?
Les zeners 4.7V feront l'écrêtage pour cela, sans pour autant dépasser la puissance de ces zeners de 1.3W puisqu'à 18V – 4.7 =13V soit un courant de 13/500=26mA et- une puissance zener de 0.8W au maximum.
10.13 Le courant est-il symétrique ?
Cette question est primordiale car je ne contrôle que les alternances positives !!! Alors
J'avais initialement répondu oui à la symétrie sans trop réfléchir, mais à la lumière de certains essais à faible puissance (120 / 130 watts) du talon de consommation des appareils électroniques, je pense que c'est un raccourci un peu rapide, car on tire de la puissance tant durant l'alternance positive que l'alternance négative.
Pour preuve, que fait un redressement mono alternance ? Il tire de la puissance uniquement d'une seule alternance (soit +, soit -) Le courant devrait donc être différent suivant chaque alternance.
Cela est-il fréquent ? Cela se produit principalement en électronique faible puissance. L'impact réel ne devrait donc pas être important et le raccourci de dire que le courant est symétrique est bien vrai, au moins au niveau des utilisateurs particuliers.
Dans l'industrie où les puissances sont importantes, il est normal de penser qu'on tirera cette puissance sur CHAQUE alternance, car on redressera toujours en pont cette tension alternative. On sera donc symétrique ! Pire, en industrie on manque à ce point de puissance, que l'on travaille en triphasé et que le mono alternance semble totalement, impossible ?
Au niveau de la forme des courants, il est certain qu'il y a de quoi s'arracher les cheveux !!! On constate que l'électronique avec le redressement a une incidence importante au niveau de la déformation du courant, à cause des angles de conduction très pointus, occasionnés par des condensateurs de redressement de forte valeur.
Il y a en outre d'autres phénomènes parasites qui font que le courant correspondant au talon de consommation est d'une forme très difficile à intégrer, avec parfois des points d'inflexion, ou "des cornes", et compliquée pour en trouver la valeur sans confondre avec le point Z-C . Le point de tension nulle peut même sembler ne plus être celui donné par le signal Z-C ?
Encore de belles heures de recherche…
Z-C d'origine, outre sa forme en fausse calotte est axé symétriquement sur la tension nulle, contrairement à ce que je pensais, aussi ce signal n'est pas très intéressant car les 2 fronts seront toujours en avance ou en retard sur le véritable point zéro.
La largeur est de l'ordre de 300 à 500 µs, ce qui est relativement important en regard d'une demi période de 10 ms (1/20 est loin d'être négligeable ! à rapprocher des 180 mesures…)
C'est intolérable si on espère faire 180 mesures uniformément réparties sur une alternance. A ce sujet je me pose la question de savoir comment "les autres" ont fait pour passer sur ce détail pourtant très important ? (Attente programme paramétrable sur le premier front ? ou autre ?)
Alors pour cela, j'ai ajouté un nouveau montage qui ne regarde plus seulement le Z-C mais génère le signal ALT+ qui représente la sinusoïde de tension, écrêtée et mise en forme. Seul ce signal est intéressant car chaque front est un équivalent Z-C, et on dispose de la polarité de l'alternance de fait par le signal carré.
10.14 Stabilisation du 2.5V
J'avais prévu initialement un LM385-1.2 (Zener programmable), mais suite à une variation "impromptue" du 5V de référence de mesure ANA, je me suis aperçu que celui-ci ne suivait pas le 5V, (Évidemment !) et qu'il ne fallait surtout pas ! J'ai donc remis un simple pont diviseur correctement découplé pour ce point milieu, comme P'tiWatt.
Le mieux est parfois l'ennemi du bien !!!
Ce pont unique alimente tout ce qui est mesures en alternatif (Courants (et tension)). Le découplage ne doit pas être trop important pour la même raison que le LM385 mais aussi pour la retombée rapide de cette tension lors d'une coupure de tension. Un condensateur de 47µF est largement suffisant pour une constante de temps de l'ordre de la demi seconde.
De plus la tension n’est plus concernée puisque seul le signal ALT+ suffit à gérer ce qui concerne l'injection.
On a vu dans l'article que cette solution LM385 est tout de même meilleure que le simple pont diviseur, car il y a des courants qui doivent se reboucler et cela entraîne des variations qui ne sont pas gérables avec un simple découplage avec des résistances de valeur élevée.
Je préconise donc pour chaque entrée ANA d'utiliser un LM1117-2.5 qui assurera correctement et individuellement chaque entrée.
Ce point est important pour la stabilité du router et les absences d'oscillations.
10.15 Le Timer 2 du PIC
Ce Timer 2 est un outil formidable pour assurer des tâches répétitives sans se soucier de "comment le faire".
Pour cela je vous reporte à la documentation des PICs en général puisque celui-ci est souvent commun à beaucoup de PICs très connus. (16F690, 16F628, 16F684, 16F877…)
Ce Timer 2 permet ici de réaliser 180 mesures analogiques du courant toutes les 55µs, ceci aux aléas de stockage du contexte, car il faut bien entendu travailler en interrupts et cela entraîne quelques µs d'imprécision.
En un mot, 180 mesures synchronisées sur la demi période (Alternance positive) et un seul octet à traiter en réponse (Instant du "fire" pour le TRIAC) qui se réalise tout seul quelque soit l'alternance en cours.
De plus la largeur du Fire est paramétrée en modulo 55µs, ce qui permet là aussi d'être totalement détaché des contingences répétitives et de se consacrer aux seules mesures.
(Antérieurement j'avais besoin du signal Z-C (Instant de tension nulle), et celui-ci était traité de manière identique avec une largeur paramétrée. Le signal ALT+ évite maintenant de gérer ce signal inutile.)
Ce Timer 2 permet aussi de traiter les alternances négatives sur la base des mesures faites sur l'alternance positive précédente. Cette alternance négative ainsi libérée permet de terminer les opérations de calcul de moyenne de l'alternance positive, car à 20 MHz il n'est pas possible de faire 180 mesures en 10ms ET d'en calculer la moyenne en quelques µ secondes.
(On remarquera que pour gagner du temps, il n'est pas possible de dire que le premier quart d'une alternance de courant est identique au deuxième car certains appareils (micro-ondes par exemple) ne donne pas de symétrie dans une alternance).
10.16 LINKY
Le compteur LINKY a été prévu d'être lu par le router. Malheureusement le mot de status n'est pas disponible à l'utilisateur, car il contenait des informations importantes sur les bit 8 et 9. Paragraphe de la spécification ENEDIS6.2.3.14 registre de status
Cette possibilité de lecture du LINKY avait été intégrée au hardware au cas où il serait nécessaire de prendre en compte ces informations pour s'assurer que l'on est toujours au point optimum de régulation, mais la transmission des données se réalise à 1200 bds et ce temps est beaucoup trop long pour pouvoir réagir suffisamment vite.
Les 3 articles suivants seront utiles dans ce cas
http://bricolsec.canalblog.com/archives/2020/03/16/38104053.html
http://bricolsec.canalblog.com/archives/2020/08/03/38463048.html
http://bricolsec.canalblog.com/archives/2020/09/22/38548059.html
Au final cette possibilité n'a pas été utilisée dans le router, mais peut servir de contrôle du bon fonctionnement car on dispose alors du courant, de la puissance.
L'intérêt est évident car ces informations sont la base de la facturation… Toujours l'argent !
Un nouveau matériel pourrait même être alimenté en permanence par le router…et cela simplifierait un peu le hardware de cet appareil qui m'a été d'un très grand secours lors de la mise au point
On notera l'anachronisme suivant, car le LINKY affiche puissance 00000 et courant de 1 ou 2 Ampères ! (C'est vraisemblablement du réactif -non facturé pour les particuliers-) Mais il faut aussi savoir qu'il n'y a pas de puissance affichée en watts unitaires mais seulement par 10 Watts ! A quoi servent alors les unités ?
On nous cache beaucoup de choses, car au vu de la difficulté de traiter mon problème, j'ai pu constater qu'il y a d'énormes difficultés techniques et que la précision des LINKY n'est peut-être pas si "au top" que cela, car si on n'ose pas afficher des unités voire des décimales, c'est que l'on est pas très certains des valeurs ! ou que l'on veut éviter les réclamations C'est dit !!!
Bonne route à tous
bricolsec
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