Supercondensateur/photovoltaique

Rock!N-$qu@T · 19/04/2006, 20h01

Bonjour à tous, j'aurais besoin d'aide pour le sujet de stage que je réalise en ce moment.

Mon but est de remplacer une alimentation par pile d'une télécommande par une alimentation à cellule photovoltaïque. Je dois donc pour cela effectuer un bilan de puissance de la télécommande qui m'amenera à une consommation moyenne en Ah/j. Cela doit me servir afin de dimensionner un condensateur qui permettrait l'utilisation de la telecommande lors de la nuit ou de l'obscurité (abscence d'alimentation par les cellule).

Et c'est là où j'ai besoin d'aide. En effet, comment dimensionné un condensateur en fonction d'une valeur d'énergie en ampère heures? Où chercher (chez les fabricant,etc.)?

Merci à tous pour votre aide, et toute information supplémentaire sera la bienvenu.

azertylr · 19/04/2006, 20h11

Salut,
Q=i * t = U*C
donc connaissant l'intensité moyenne i et la tension de fonctionnement U, il est possible de connaitre C pour un fonctionnement d'une durée t.
Attention aux pertes car un condensateur se decharge tout seul.

Rock!N-$qu@T · 19/04/2006, 20h24

Q: énergie? en quoi?
i: ampère
U: volt
C: farrad?
t: heure (pour avoir des A.h ça sera logique oui en fait!)

Donc par exemple sous 3 Volts comme c'est mon cas, avec une energie de heu...0.5mA.h je crois j'aurais besoin d'une capa de 0.16 mF (environ sans prendre en compte les courant de fuite)

Est-ce que c'est vraiment utile d'opter pour un supercondensateur? Un problème va se poser au niveau de la tension aussi car les supercondensateur ne dépasse pas 2.5 volts.
Et j'aimerais surtout savoir ou chercher pour trouver des capa.

Et au passage si quelqu'un s'interesse au cellule photovoltaïque j'aimerais en savoir un peu plus dessus. Leur mise en oeuvre notament, est-elle difficile? Délicate?...

Merci d'avance pour votre aide.

**gienas** · 19/04/2006, 20h46

Bonsoir Rock!N-$qu@T et tout le groupe

Petit correctif à la formule donnée par azertylr qui est juste, mais pas ton interprétation des unités.

Q est en coulombs (C), unité de quantité d'électricité. C'est de même nature que l'Ah, mais plus petit.
1C=1A pendant 1 seconde. 1Ah=1A pendant 1 heure. 1Ah=3600C

Le problème des Ah (comme des coulombs) c'est qu'ils "sont" à une certaine tension, qui devrait, chez toi, ne pas bouger depuis le début de la sauvegarde, jusqu'à la fin. C'est bien sûr impossible en réalité, puisque toute décharge entraîne une baisse de tension. Il faut "simplement" que cette perte de tension soit acceptable par ta télécommande. C'est la très grande capacité du condensateur qui permet de s'en approcher.

Je n'ai pas trop utilisé les super condensateurs. Il me semble qu'ils supportent autour de 5V.

Je suppose que si les photopiles doivent charger le condensateur, il faut au moins une diode pour enpêcher la décharge, mais il risque d'y avoir un problème de charge. Si c'est long à décharger (ce que tu souhaites), c'est long à charger, ou alors il faut un fort courant de charge, que les cellules ne pourront peut-être pas donner, ou il faudra réguler

Rock!N-$qu@T · 19/04/2006, 21h17

Je voyait pas le problème si compliqué, déjà qu'il ne me parraissait pas simple alors là!
Donc il me faudrait 0.6F soit en majorant 1F d'où l'utilisation d'un supercondensateur (qui ne doit pas être trop gros par la même occasion!!)
Il n'existe pas de type de condensateur court à la charge et long à la décharge?

J'ai aussi vu sur internet cette formule: Q=(1/2)*C U² .Est-elle vrai?

**gienas** · 19/04/2006, 21h27

Citation:

Q=(1/2)*C U² .Est-elle vrai?

Oui, mais elle ne concerne pas du tout la même grandeur

Là, il est question d'énergie, en joules (J).

1 joule en 1 seconde = 1 watt

azad · 19/04/2006, 22h32

Bonjour.
Moi je pose la question bêbete du "candide"..pourquoi vouloir utiliser un condo de quelques Farads (bien qu'il en existe de trés petits) et non pas un simple accus CdNi chargé par la cellule photovoltaïque ?
A moins que l'utilisation d'un condensateur soit imposée par l'exercice, je ne comprends pas. Merci de m'éclairer

Rock!N-$qu@T · 20/04/2006, 00h00

C'est ce que j'ai proposé aussi, et on m'a répondu: si on doit mettre une batterie autant garder les piles! C'est pour une production après donc il y'a aussi le cout qui rentre en jeu.

abracadabra75 · 20/04/2006, 08h40

Citation:

Posté par Rock!N-$qu@T

C'est ce que j'ai proposé aussi, et on m'a répondu: si on doit mettre une batterie autant garder les piles! C'est pour une production après donc il y'a aussi le cout qui rentre en jeu.

Bonjour.
La réponse est étonnante, ou alors ton interlocuteur ignorait qu' une pile ne se recharge pas, ce qui fait la différence avec un accu.

Conserver de l 'électricité dans un accu: on sait faire correctemet; avec un (gros) condensateur, les inconvénients (dans la technologie actuelle) dépassent les avantages.
A+

Rock!N-$qu@T · 20/04/2006, 09h33

Oui mais je n'ai pas besoin d'enormement d'énergie. Ce n'est qu'une télécommande. C'est pour ça qu'un accu serait surement démesuré.
Et mon interlocuteur sait très bien de quoi il parlait, ce qu'il veut dire c'est qu'une pile ou un accu ça revien au même pratikement.

**Jack** · 20/04/2006, 10h08

bonjour,

Citation:

J'ai aussi vu sur internet cette formule: Q=(1/2)*C U² .Est-elle vrai?

non.

Q = C.U
C'est W = (1/2)*C U², W étant l'énergie (ou travail en mécanique) et exprimé en Joule comme l'a fait remarquer gienas.

Concernant le choix d'un accu ou d'un supercondensateur, le rechargement d'un accu me semble plus sophistiqué car il faut vérifier la fin de charge.

Ce n'est pas le cas du condensateur, à condition de ne pas dépasser sa tension maxi de fonctionnement. Cependant, je me demande si le courant fourni par la cellule est suffisant pour compenser le courant de fuite du condensateur.

A+

PA5CAL · 20/04/2006, 13h12

Le choix entre des super-condensateurs et des batteries (d'accumulateurs) devrait être facile à faire.

Dans ce qui suit, je prendrai l'exemple d'un appareil 12V à alimenter.

Un condensateur se charge et se décharge en faisant varier la tension à ses bornes. Comme l'appareil qu'on va brancher dessus ne pourra fonctionner que dans une plage de tension réduite, toute l'énergie accumulée dans le condensateur ne sera pas utilisable. L'utilisation d'un convertisseur à découpage peut aider à augmenter la plage de tension, en contrepartie d'une perte d'énergie lors de la conversion.

Un pack de 6 gros éléments 2700F/2,3V contient 11,9Wh chargé à 13,8V, et peut fournir 10,9Wh entre 4V et 13,8V, soit 0,77Ah avec un convertisseur 12V ayant un rendement de 85%. Mais il ne peut plus fournir que 3,6Wh entre 11,5V et 13,8V, soit 0,29Ah en direct sur l'appareil.

On a donc tout intérêt à utiliser les super-condensateurs avec un convertisseur à découpage.

Une batterie se charge et se décharge pratiquement à tension constante. En revanche, son rendement énergétique est inférieur au condensateur.

Un pack de 10 batteries NiMH marquées 2300mAh (13,8V à pleine charge, 11,5V déchargé à 95%) consommera 52Wh pour se charger à 0,1C en 16 heures (hors rendement chargeur) , et restituera 28Wh (2250mAh) en se déchargeant à 0,2C. Il restituera 26Wh (2140mAh) entre 11,5V et 13,8V, soit la presque totalité de sa charge.

On a donc tout intérêt à utiliser les batteries directement branchées sur l'appareil alimenté.

Pour ce qui est de la charge à l'aide de cellules photovoltaïques, le problème est similaire à la décharge. Jusqu'à leur tension nominale, les cellules photovoltaïques ont un rendement approximativement proportionnel à leur tension de fonctionnement. Il en résulte que pour éviter de gaspiller l'énergie reçue, il faut également utiliser un convertisseur à découpage pour charger les super-condensateurs. Ce n'est en revanche pas du tout nécessaire pour les batteries, à condition de faire coïncider la tension nominale du groupe de cellules photovoltaïques avec la tension nominale de la batterie.

PA5CAL · 20/04/2006, 14h30

Pour en revenir à la question initiale, la capacité à employer devra être :

1- dans le cas d'un branchement direct du super-condensateur sur l'appareil à alimenter

$C = \frac{3600.t.I_s}{\Delta U}$

avec:
C : capacité en Farads
t : durée d'utilisaton en heures
I_s : courant débité en Ampères
$\Delta U$ : largeur de la plage de tension d'alimentation (U_max-U_min) en Volts.

(exemple: t=1h I_s=0,01A U_s=4,6...5,4V -> C=45F soit 3 éléments de 135F/2,3V en série)

2- dans le cas d'une alimentation par convertisseur continu-continu

$C = \frac{72.t.I_s.U_s.\eta}{U_{ma x}^2-U_{min}^2}$

avec:
C : capacité en Farads
t : durée d'utilisaton en heures
I_s : courant de sortie en Ampères
U_s : tension de sortie en Volts
$\eta$ : rendement du convertisseur en %
U_max : tension de charge maxi du pack de condensateurs en Volts
U_min : tension mini de fonctionnement en entrée de convertisseur en Volts.

(exemple: t=1h I_s=0,01A U_s=5V $\eta$ =80% U_e=4...13,8V -> C=1,65F soit 6 éléments de 10F/2,3V en série)

**Jack** · 20/04/2006, 16h10

le convertisseur CC ne peut pas être envisagé. Il faut se rappeler qu'il s'agit d'alimenter une télécommande.

Les cellules photovoltaïques ne seraient même pas assez nombreuses pour faire fonctionner le hacheur.

A+

**gienas** · 20/04/2006, 16h27

Bonjour à tout le groupe

Une question pour PA5CAL, (pas directement en rapport avec la question posée)

Je découvre, à l'occasion de ce fil, l'existence de condensateurs (dits "super"), ne supportant que 2,3V. Tu suggères d'en monter plusieurs en série. J'ignore si c'est une pratique "courante", mais je m'interroge sur la fiabilité de cette mise en série. Y a-t-il un dispositif quelconque qui équilibre la tension sur chaque condensateur?

J'ignore quelle est la tolérance de ces bestioles, ni leur courant de fuite, mais je présume que la tension aura du mal à se partager équitablement. Quelle marge de sécurité y a-t-il entre les 2,3V annoncés et ce que supporte vraiment (sous entendu sans claquer), ce type de condensateur?

Pardon pour cette "déviation", mais cela m'intéresse de le savoir, simplement pour information, ce pour quoi je te remercie, toi ou celui qui connait les réponses

PA5CAL · 20/04/2006, 17h20

On pourrait effectivement craindre un déséquilibre des tensions entre les différents condensateurs. En pratique, ce n'est pas trop un problème si l'on prend quelques précautions.

D'une part, quand on indique une tension de 2,3V, il s'agit d'une valeur minimale garantie sur une large plage de température, et pour l'ensemble des éléments sortant d'usine. Dans la pratique, cette tension peut être un peu dépassée sans risque.

D'autre part, les courants de fuite naturels de ce genre de composant (c'est loin d'être un condensateur parfait) tendent à équilibrer les potentiels aux connexions intermédiaires, les fuites augmentant avec la tension.

Dans un petit groupe de condensateurs mis en série (deux ou trois), il faudrait vraiment tomber sur des éléments très disparates, voire défecteux (court-circuit ou courant de fuite anormalement élevé) pour se retrouver dans une situation à risque.

Si les condensateurs proviennent du même lot et sont en bon état, il n'y a pas de soucis à avoir. De toute manière, en cas de doute, on peut même acheter les condensateurs déjà mis en série par certains fabricants ( voici un exemple: )

**gienas** · 20/04/2006, 17h26

Merci PA5CAL, ton expérience me rassure, et ma curiosité est satisfaite

Rock!N-$qu@T · 20/04/2006, 23h03

Savez-vous où je pourrait trouver des doc, datasheet, etc.. sur les caractéristique de supercaps, notament au niveau du temps de charge avec un courant donné. Car si il faut que le condensateur puisse délivrer environ 0.5mA.h, il doit aussi pouvoir se charger rapidement avec des cellule photovoltaique!
Et connaissé vous l'ordre de grandeur des prix? Sachant qu'il me faudrais environ 10F et une tension d'environ 3V (donc une seule supercaps ne suffirait pas)