Aide projet : Alimentation arrosage automatique via des panneaux solaires et des batteries

Bonsoir à tous,

J’ai conçu un système d’arrosage automatique qui est fonctionnel depuis 2 ans maintenant mais n’est pas suffisamment autonome (1 à 2 semaines d’autonomie).

Actuellement, j’ai une pompe de 12V qui est alimentée par une batterie 12V 18000mah Li-Ion rechargeable et l’Arduino UNO alimentée par une batterie externe de 26800mAh délivrant du 5V en sortie (c’est une batterie externe conçue pour la charge d’appareils type smartphone, iPhone etc.).

Aujourd’hui, je cherche à améliorer le montage existant en le rendant plus autonome. Pour cela, je souhaite y intégrer des panneaux solaires qui permettraient de recharger les batteries (un panneau pour chaque batterie, un pour la batterie 12V de la pompe et un pour celle de l’Arduino).
J’ai acheté 3 panneaux solaires dont les caractéristiques sont les suivantes :
Panneau solaire Polycristallin de 130x110mm
Puissance maximale: 1.92 W
Courant de travail: 0.16A
Tension de fonctionnement: DC12 (V)
Épaisseur: Env. 2mm

J’ai fouillé sur le web, j’ai trouvé des pistes mais n’ai pas vraiment trouvé mon bonheur pour effectuer un montage correspondant à ce que j'ai puisque mes batteries ne sont pas les mêmes que celles utilisées sur les sites trouvés :confused:.
Mes connaissances en électronique sont vraiment très basique, j’ai peur d’avoir des loupés dans mes schémas de montage et de tout cramer…
C’est pourquoi je vous sollicite aujourd’hui, j’aurais besoin de conseils.

D’après les recherches que j’ai faites, j’ai cru comprendre qu’il me faudrait :

  • des régulateurs de charge ou des chargeurs de batteries pour les deux systèmes d’alimentation (un pour la partie Arduino et un pour la partie pompe). Par contre je n’ai pas bien saisie si ces régulateurs ou chargeurs permettaient d’éviter une surcharge de la batterie, je pense que oui, ai-je tord ? Que se passe-t-il si la batterie est pleine est-ce que le régulateur continue de laisser passer ou fonctionne-t-il comme un interrupteur dans ce cas ?
  • un abaisseur de tension pour la partie alimentation Arduino car elle tourne sur 5V et que le panneau délivre du 12V.

Jusque là est-ce que j’ai bien compris ?

Pour les régulateurs ou chargeurs j’ai des doutes :thinking: sur le fait que j’en ai besoin étant donnés les batteries que j’utilise ?

A partir de là, je suis un peu perdue, je ne sais pas ce dont j’ai réellement besoin et ce que je dois acheter (du moins quelles caractéristiques doivent avoir les composants à acheter pour s’adapter au mieux à mon montage).

Pourriez-vous m’aiguiller svp ?

Bien cordialement

La batterie 12V semble contenir le circuit de charge et le circuit d'équilibrage, car le chargeur livré n'est qu'une alimentation délivrant une tension continue. Sur la photo on voit une mention 7.4V mais je suppose qu'il s'agit plutôt de 12.6V. La batterie est probablement équipée d'un circuit de protection anti décharge profonde.

L'idéal avec ce genre de batterie serait de pouvoir la charger avec une tension de 12.6V précise.
Un panneau 12V délivre en général près de 18V à vide (à confirmer par une mesure en plein soleil), mais lorsque la batterie est en charge, cette tension va chuter. Le problème va se situer en fin de charge : lorsque le circuit de charge va couper le courant la tension du panneau va grimper à 18V, ce qui peut être dangereux pour le circuit de charge de la batterie.

Pour ce qui est de la batterie 5V, il est possible de la charger avec un panneau 12V suivi d'un convertisseur step-down 5V.

Pour tout dire, personnellement je verrais quelques points d'amélioration :

Pourquoi 2 batteries ? 1 seule suffirait.
La batterie 12V serait suffisante, suivie d'un régulateur step-down 5V du genre XR2981 pour la UNO (et d'autres composants 5V ?).
L'autre solution est d'utiliser la batterie 5V, suivie d'un convertisseur step-up 12V pour la pompe.

Pourquoi une UNO alors qu'une PRO MINI ferait ce travail de manière bien plus économique ?
En utilisant le mode deep-sleep une PRO MINI 5V consommerait 5µA, au lieu de 20mA pour la UNO en USB (38mA si le mode deep-sleep n'est pas utilisé).

**Il manque pas mal d'informations :

  • consommation de la pompe et temps de fonctionnement par jour
  • principe utilisé pour la gestion de l'heure (RTC ?)
  • mode deep-sleep utilisé ou pas

Un peu de lecture :
https://riton-duino.blogspot.com/2020/12/alimentation-par-batterie-panneaux.html

Pour le solaire, je te conseille d'aller faire un tour sur le forum photovoltaïque pour avoir des idées de quantité d'énergie nécessaire.
Si je prends la batterie de la pompe, sa capacité est de 12x18 = 216 Wh. Si elle tient une semaine, ça fait une consommation quotidienne de 31 Wh.

La puissance d'un panneau solaire est normalement exprimée en Wc (watt crête), c'est-à-dire la puissance produite dans des conditions normalisées rarement atteintes dans la réalité. En hiver, en France, un panneau de 1 Wc produit en moyenne 3 Wh par jour. Pour produire 31 Wh par jour, il te faut au moins un panneau de 10 Wc, sans compter les pertes.

La consommation du nano devrait être beaucoup plus faible.

Bonjour,

Je vous remercie pour vos réponses à tous les deux :slight_smile:

@hbachetti j'avais effectivement consulté cet article lors de mes recherches mais avais constaté que cela ne correspondait pas tout à fait au montage que j'ai de part le type de batteries utilisées.
Concernant tes remarques d'amélioration, en fait initialement j'avais un montage avec un petit moteur qui tournait sur du 5V mais pas assez puissant j'ai donc opté pour un plus puissant. A ce moment là, je ne connaissais pas les régulateur step-up et down d'où l'utilisation de deux batteries différentes dans un premier temps. Aussi je me demande si l'autonomie actuelle n'aurait pas diminuée en conséquence (à vérifier lors de mes prochains tests).
Je vais tenir compte de tes axes d'amélioration lors de l'ajout des panneaux au système.

Concernant le choix de la carte, je suis partie sur la UNO car c'est la seule dont je disposais et que je connaissais tout simplement. Du coup je vais me documenter sur la PRO MINI qui me semble intéressante.

Concernant le manque d'informations autant pour moi je pensais qu'avec juste ce que je décrivais c'était bon, je vais donc compléter.

  • consommation de la pompe et temps de fonctionnement par jour : Cela dépend de la température et de l'humidité (utilisation d'un capteur KY-015 Module DHT11) sachant que c'est un système de goutte à goutte, la durée que j'ai mise varie entre 5 et 10 min mais je vais sans doute la modifier légèrement car je trouve que c'est un peu trop
  • principe utilisé pour la gestion de l'heure : module RTC DS1307
  • mode deep-sleep utilisé ou pas : j'y avais pensé mais après tests j'ai dû y renoncer car avec la batterie qui alimente l'Arduino cela posait problème, elle ne consommait plus assez au moment où l'Arduino passe en "deep-sleep" et donc la batterie s'éteignait.

@MarsaMatruh merci je vais aller faire un tour sur ce forum également :slight_smile:
Sinon de ce que je sais, la puissance maximale de chaque panneau solaire dont je dispose est de 1.92W, d'après les calculs que tu m'as décrit il faut du 10Wc, je suis donc très en deçà de cette valeur. Du coup, si je comprends bien, les panneaux dont je dispose ne sont pas suffisants pour alimenter la batterie de la pompe. Ai-je bien compris ton raisonnement ?

Et la consommation de la pompe ? (je parle de courant).

Un argument de plus en faveur de l'utilisation d'une seule batterie, la 12V + step-down 5V.
Un MP1584 consomme 200µA. Certains régulateurs linéaires comme le HT7533-1 (100mA) consomment encore moins (2.5µA), et seraient amplement suffisants pour alimenter ARDUINO + DS1307 + DHT11.

Un DHT11 pour mesurer l'humidité du sol ???

Pour que la PRO MINI consomme très peu il y a une petite manip à faire :
https://riton-duino.blogspot.com/2018/02/arduino-pro-mini-basse-consommation.html
Penser à approvisionner un convertisseur USB/ série genre FT232.

Bonsoir,

@hbachetti merci pour ton aide et toutes ces précisions :slight_smile:

Et la consommation de la pompe ? (je parle de courant).

Pour la pompe j'ai ces caractéristiques :

  • Tension: 6-12V DC
  • Courant nominal maximal: 1.2A
  • Puissance: 16.8W
  • Débit maximum: 700 L / H

Un argument de plus en faveur de l'utilisation d'une seule batterie, la 12V + step-down 5V.
Un MP1584 consomme 200µA. Certains régulateurs linéaires comme le HT7533-1 (100mA) consomment encore moins (2.5µA), et seraient amplement suffisants pour alimenter ARDUINO + DS1307 + DHT11.

Ok parfait, je modifierai mon montage pour n'utiliser qu'une seule batterie dans ce cas et je vais acheter un step-downpour l'y intégrer. Ce sera plutôt un MP1584 du coup si je passe sur une PRO MINI 5V, car j'ai vu dans l'article "Alimentation par batterie et panneaux solaires" du blog mentionné hier que le HT7533-1 était plutôt pour une alimentation 3,3V.

J'ai commandé une PRO MINI 5V suite à tes conseils ainsi qu'un convertisseur FT232RL FTDI. Et du coup par rapport à tout ce que tu m'as dit, je vais remettre en place le "deep-sleep" dans mon programme Arduino avec cette nouvelle Arduino lorsque je l'aurais reçue.

Autre point que j'ai oublié de mentionner et qui a sans doute son importance, pour la partie actionnement de la pompe j'ai également :

  • un relai 5V
  • un flotteur qui joue un rôle d'interrupteur ouvert ou fermé en fonction de si le réservoir a assez d'eau ou non pour ne pas actionner le pompe dans le vide. Il a les caractéristiques suivantes :
    • Tension de commutation (Max): 100V DC
    • Courant de commutation (Max): 0.5A
    • Puissance de contact (max): 10W

Un DHT11 pour mesurer l'humidité du sol ???

Le DHT11 c'est pour mesurer la température et l'humidité ambiante, celle présente dans l'air. Les plantes captent l'humidité de l'air et/ou la pluie donc pas la peine de trop arroser dans ce cas.
Ce système étant présent sur un balcon et donc disposant de plusieurs jardinières séparées, j'ai préféré ce capteur plutôt qu'un pour le sol. Les jardinières sont nombreuses, de différentes tailles et n'ont donc pas forcément le même taux d'humidité dans le sol cela impliquerait de mettre plusieurs capteurs. Or si je devais mettre un capteur d'humidité dans le sol pour chaque, ce serait vite compliqué à gérer même si ça reste faisable en soit.

Le HT7550-1 existe aussi (5V).

Le DS1307 s'alimente au minimum sous 4.5V, le DHT11 sous 3V à 5.5V.
Donc la PRO MINI 5V est plus adaptée.
Au sujet du relais 5V il influera un peu sur la consommation lorsque la pompe est activée (70mA).
C'est négligeable par rapport à la consommation de la pompe.
Par contre le HT7550-1 (100mA) est un peu juste. Le HT7350-1 (250mA) conviendra mieux.

Le bilan est le suivant :

  • PRO MINI 5V modifiée : 5µA
  • DHT11 : maxi 150uA en standby
  • DS1307 : maxi 200µA en standby
  • HT7350-1 : 4µA

Ce qui fait un total de 360µA, soit une consommation journalière de 8.6mAH
Fonctionnement de pompe+relais par jour : 1270mA / 60mn * 5mn = 106mAH
Total = 115mAH
L'autonomie sans recharge sera de 18000mAH / 115mAH = 156 jours
Le panneau devrait pouvoir fournir 1280mAH pour 8 heures d'ensoleillement, donc compenser largement la consommation journalière.
Par temps couvert le panneau devrait fournir 1% de ces 1280mAH, mais la capacité de la batterie est importante et permettra de tenir.
Pour que le panneau soit incapable d'assurer la recharge en une seule journée il faudrait 11 jours de mauvais temps consécutifs.

On peut en conclure que la batterie est très largement surdimensionnée.

Dernier point : on ne recharge pas une batterie LITHIUM-ION en dessous de 0°. Mais je suppose que l'irrigation est stoppée l'hiver.

Les régulateurs HT7550-1 n'existent pas à ma connaissance sous forme de modules. Il faudra souder un boîtier TO92 sur une plaquette.
Si tu préfères ne pas souder, le step-down MP1584 est assez économique (200µA).
Je déconseille les modèles réglables (potentiomètre de piètre qualité) :

Ils existent en version à sortie fixe :

Il suffit de remplacer les 4µA du HT7550-1 par 200µA, et refaire le calcul.
Cela ne devrait pas engendrer une surconsommation énorme.

Reste un point problématique : la tension réelle du panneau à vide. Si elle est largement supérieure à 12.6V il y a un risque pour le circuit de charge de la batterie.
Je suggérerais un autre MP1584 (entre panneau et batterie), réglé sur 12.6V :

Avec un potentiomètre de qualité cette fois-ci.

Un multimètre sera plus qu'utile.

Bonsoir !

Ok super merci pour toutes ses précisions qui me sont d'une grande aide.

Dernier point : on ne recharge pas une batterie LITHIUM-ION en dessous de 0°. Mais je suppose que l'irrigation est stoppée l'hiver.

Effectivement l'hiver j'enlève la batterie. Elle n'est pas nécessaire car les plants sont en soit inexistant soit dans une sorte d'hibernation donc moins besoin d'eau et il pleut régulièrement à cette période en plus.

Reste un point problématique : la tension réelle du panneau à vide. Si elle est largement supérieure à 12.6V il y a un risque pour le circuit de charge de la batterie.

Je ferai les tests avec les panneaux lorsqu'ils seront arrivés et j'achèterai tout le nécessaire en suivant ce que tu m'as dit.

Petite question, si je choisis le MP1584 plutôt que le HT7550-1, pourquoi ne pas utiliser un MP1584 avec potentiomètre de qualité (celui de la dernière photo) plutôt que celui à sortie fixe (photo 2) pour la partie alimentation de l'Arduino ?

En tout cas, encore merci je vais pouvoir avancer dans la bonne direction :slight_smile: