Projets: chauffage électrique à céramique

PRINCIPE

Bien que cette solution ne soit pas rentable en therme de rendement, le but est de maitriser un peu toutes les contraintes liées aux panneaux solaires sur batteries.

Pour réaliser ce chauffage, j'utilise des plaquettes de céramiques 50W 12V autorégulées en température. (se coupent automatiquement en cas de surchauffe afin d'éviter un incendie).

Le principe est de créer un chauffage hors gel à partir de panneaux solaires qui stockent de l'énergie sur batteries.

REALISATION

Fonctionnement

Les panneaux solaires sont raccordés à un régulateur de charge qui est lui-même raccordé à l'utilisation et aux batteries.

Lorsque la luminosité est suffisant, les panneaux solaires produisent suffisement de puissance pour alimenter la charge ou charger les batteries. Si la charge ne consomme pas ou si la puissance est plus importante que la consummation de la charge, les batteries se rechargent.

Lorque le soleil n'est pas assez puissant, les batteries compensent le manqué de puissance jusqu'à un seuil de déchargement, puis coupent.

Après coupure par manque de batterie ou par thermostat, une temporisation minimum de 1H00 empèche la charge de consommer pour éviter les marche/arrêt répétitifs.

En cas de panne de ventilateur, lorsque la température maximum est atteinte, la résistance des céramiques augmente de façon significative avec un effet mémoire, provoquant la chute du courant consommé et donc de la puissance. Il faut couper l'alimentation pour perdre l'effet mémoire. Cela agit donc comme une sécurité thermique.

Développement

Les premiers essais prévoyaient 3 jeux de 3 céramiques de 50W soit 450W pour un ventilateur. Le débit d'air étant insuffisant, la sécurité thermique a vite agit.

Le meilleur compromis est de mettre un seul jeux par ventilateur pour arriver à 80% de la puissance nominale.

Après essais de plusieurs profils de cônes de soufflage, le rendement a été amélioré de 10% à condition d'utiliser une qualité de surface correcte (ici 0,5 mm de fil d'impression).

Cela a eu pour effet de refroidir plus les céramiques et donc de récupérer environ 10% de puissance. Je suis donc arrivé à environ 90% de la puissance nominale soit 110W pour un nominal de 150W.

La forme définitive est à améliorer au niveau des fixations

Les premiers cones de canalisation de l'air vers les resistances étaient réalisés sur 35mm de profondeur. La réalisation sur 50mm à permis d'améliorer encore le passage du flux d'air et donc la chauffe.

Afin de limiter les courants, l'installation sera câblée en 24V (mise en série des ventilateurs et des resistances.)

Le fait de mettre en série les resistances céramiques n'écessite de mesurer les valeurs de resistances (quelques ohms) de façon precise afin d'équilibre les tensions. En pratique, il a été nécessaire de mesurer chaque pastille et de recomposer les modules pour obtenir une valeur de résistance proche au moins par paire de modules mis en series.

Matériel

- 4 ventilateur de PC 12V

- 4 résistance céramique 150W 12V

- 4 cones de ventilation

- 1 support de fixation ventilateurs

- 30cm de rail oméga

- Fil de câblage souple 1mmé (pilotages) et 4mm² (puissance)

- 1 thermostat d'ambiance

- 1 régulateur de charge 24V MPPT

- 2 batteries 12V 60AH

- 1 porte fusible 10X38 2X32A (sortie chargeur)

- 1 porte fusible 10X38 2X32A (batteries)

- 2 porte fusible 10X38 2X12A (1 par chauffage)

- 1 relais temporisé multifunction

Secours sur batterie

Afin d'éviter de perdre le surplus d'énergie, j'ai mis en place un régulateur de charge MPPT qui charge des batteries en 24V.

Les régulateurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) possèdent une technologie avancée qui recherche en permanence le point de puissance maximum. Ce qui permet de tirer les meilleures performances des panneaux photovoltaïques. En plus de fournir une augmentation d'énergie à une installation, ils optimisent la charge de la batterie et prolonge leur durée de vie. Les régulateurs MPPT balayent la tension du panneau pour trouver le point de sortie de puissance maximum. Ils sont capables d'adapter la tension fournie par le panneau pour l'aligner à la tension que la batterie peut recevoir.

Matériel : 2 batteries sèche 12V 60AH, 1 Porte fusible 10X38 2X32A

Régulation température

Un Thermostat a été ajouté pour couper et mettre en marche le chauffage en pilotant un contacteur de puissance

Matériel : 1 contacteur 25A DC, 1 thermostat à bilame.

Plans

A Venir EN COURS....

ESSAIS / REGLAGES

La tension des panneaux solaires étant de 30V, la regulation de charge se fait en 24V. Les batteries, ventilateurs, resistances céramiques sont donc mis en série 2X12V.

Régulation alimentation batterie

L'utilisation du régulateur de charge montre que celui-ci passé sans arrêt en surcharge par manque d'énergie disponible sur les panneaux. En effet, en hivers lorsque le soleil est faible, ceci a pour effet de mettre en sécurité tout de suite le régulateur de charge.

J'ai donc séparé en deux circuits le chauffage : 1 circuit 2X150W et un circuit 2X100W. (Chaque résistance céramique de 150W se compose de 3 modules 50W qui sont enlevables de façon indépendante, ce qui permet de moduler la puissance). Attention toujours à l'équilibrage des valeurs de résistance pour la mise en série, très sensible sur les resistances céramiques.

Chaque circuit possède se protection fusible, ce qui permet d'adapter le puissance suivant la production des panneaux solaires en fonction de la saison.

Malgré cela, les batteries se déchargent trop vite, il a donc fallu temporiser le mise en marche. Pour cela, un relais temporisé à la mise sous tension réglé à 1H00 évite les arrêt et redémarrages à répétition, lui même pilotant en série le contacteur du thermostat.

Matériel: 2 portes fusibles 10X38 2 poles, 1 relais temporisé à la marche

Le régulateur de charge MPPT doit être paramètré en fonction des données constructeur batteries :

Tension de charge : 27,6V

Tension de flotting : 27,3V

Tension de limite de décharge 21V

Réarmement automatique : OUI

Charge avec compensation de température : OUI