Supercondensateur/photovoltaique

[invite58ab5c05]

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.
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[azertylr]

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.

[invite58ab5c05]

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]

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

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite58ab5c05]

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]

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]

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

[invite58ab5c05]

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]

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+

[invite58ab5c05]

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]

bonjour,

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]

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]

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



avec:
C : capacité en Farads
t : durée d'utilisaton en heures
I_s : courant débité en Ampères
: 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



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
: 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 =80% U_e=4...13,8V -> C=1,65F soit 6 éléments de 10F/2,3V en série)

[Jack]

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]

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]

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]

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

[invite58ab5c05]

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)

[abracadabra75]

Tu suggères d'en monter plusieurs en série.

Bonjour.

Je pense à un lapsus: des condensateurs en série voient la capacité totale diminuer:
1/C=(1/C1)+(1/C2)
sûrement vous vouliez parler de condensateurs en parallèle.

[LTHOMAS]

J'ai ouvert mon catalogue conrad...
C'est des condensateurs utilisés pour les sauvegardes dans les pc, TV...
Ils donnent aussi la formule : T = (U1-U2) X C
T temps de sauvegarde en seconde
U1 tension de charge en V
U2 tension minimale autorisée V
C capacité en F

Niveau prix :

0.1F, 5.5V, 1.50€
0.47F, 5.5V, 5.90€
1F, 5.5V, 5.90€
3.3F, 2.5V, 5.29€
10F, 2.5V, 9.80€
22F, 2.3V, 13.19€

@+

[gienas]

Bonjour abracadabra75 et tout le groupe

Je pense à un lapsus: ....sûrement vous vouliez parler de condensateurs en parallèle.

Non non, il ne s'agit pas d'un lapsus

Les condensateur dont il est question, ne supportent que 2,3V, alors qu'il est demandé au moins 3V. Il faut donc envisager de mettre plusieurs condensateurs en série pour supporter des tensions supérieures.

Mon souci portait sur le risque de mauvais équilibrages des tensions présentes sur le groupement...

Je suis à présent totalement rassuré

[PA5CAL]

J'ai ouvert mon catalogue conrad...
C'est des condensateurs utilisés pour les sauvegardes dans les pc, TV...
Ils donnent aussi la formule : T = (U1-U2) X C
T temps de sauvegarde en seconde
U1 tension de charge en V
U2 tension minimale autorisée V
C capacité en F
(...)

La formule me semble fausse. D'une part elle n'est pas homogène (il manque une dimension "courant"), et d'autre part, les valeurs correspondraient à un courant de décharge de 1A ! Or, un condensateur de 5F est donné pour un courant de fuite de 20µA (vingt microampères) sur 72 heures à 25°C.

La formule devrait plutôt être T = (U1-U2) x C / I
avec:
- T temps de sauvegarde en seconde
- U1 tension de charge en Volts
- U2 tension minimale autorisée en Volts
- C capacité en Farads
- I courant débité en Ampères

ou bien T = 0,28 x(U1-U2) x C / I
avec:
- T temps de sauvegarde en heures
- U1 tension de charge en V
- U2 tension minimale autorisée en V
- C capacité en F
- I courant débité en milliampères


Sinon, chez Conrad, ils vendent aussi des modèles de plus grande capacité et de plus grande puissance (et plus chers également):

Les UltraCaps sont des condensateurs double couche innovateurs de la marque EPCOS. L'énergie électrique emmagasinée alimente des appareils dans les premières secondes critiques d'une panne de courant. Contrairement aux accus traditionnels, cette puissance de pointe réagit immédiatement et elle est faible en perte lors de courants de décharge de 400 A maxi. Les exigences du raccordement à la charge sont faibles. De longue durée de vie et ne nécessitant pas d'entretien, ces mémoires robustes de haute fiabilité disposent de multiples possibilités d'application. Elles sont spécialement utilisées dans le système électronique des camions (stockage de l'énergie de freinage, démarrage des moteurs), dans la technique solaire, pour les outils portables, les téléphones DECT, les télécommandes, les appareils de mesure... Capacité de tolérance : - 10 + 30. Tension : 2,3 V.

Tarifs:

Capacité   Prix
   5 F  :   8.90€
  10 F  :   9.90€
 100 F  :  43.50€
 600 F  : 137.00€
1200 F  : 185.00€

[invite58ab5c05]

Je pense mettre deux condensateur en série car en effet j'ai besoin d'au moin 3V. Mon problème maintenant est que je dois avoir cette tension de 3V. Et les photopiles me fournissent jusqu'à 5V, ce qui est trop! Alors comment faire?

[PA5CAL]

Dans ce cas, il va falloir mettre un circuit de limitation de la tension de charge afin de ne pas dépasser les 4,6V (2x2,3V). Afin de réduire les pertes, il faudrait éviter d'utiliser une zener, qui présente naturellement un courant de fuite important.


Ce ne serait pas plus simple d'utiliser une batterie rechargeable, quand-même ?

[invitef0503bf7]

Je pense mettre deux condensateur en série car en effet j'ai besoin d'au moin 3V. Mon problème maintenant est que je dois avoir cette tension de 3V. Et les photopiles me fournissent jusqu'à 5V, ce qui est trop! Alors comment faire?

Trouver d'autre photopile... Une celule de photopile fournis de l'orde de 0,8V, pour avoir 5 volt il y en a trop en serie, et trouver des photopile mieux adapter est encore le meilleur solution

Ce ne serait pas plus simple d'utiliser une batterie rechargeable, quand-même ?

Une batterie recharcheagle nécessite un controle de charge, même rudimentaire, un condo pas... l'utilisation d'un condo est tellement plus simple, quand la capacité des condo est suffisante, que la question est tout tout a fait déplacé.

Le problème sera plutot pour les gens qui range leur télécomande sous le journal, la photopile ne donneras rien!

[PA5CAL]

Je ne pense pas que l'utilisation d'une batterie soit une idée déplacée, loin de là. Je pensais même avoir démontré dans mes précédents posts que son emploi présentait quelques avantages sur celui d'un condensateur, notamment quand on utilise une photopile pour recharger.

La tension maximale que fournit une photopile est bien supérieure à sa tension nominale. Il faut donc se résoudre soit à augmenter le nombre de condensateurs en série (d'où une augmentation du volume et une diminution de la capacité), soit à ajouter un dispositif de limitation de la tension.

Une batterie est un bon générateur de tension. Ce n'est pas le cas d'un condensateur, et il est peu probable que la télécommande fonctionne encore quand la tension descend à 1V.

A volume identique, la capacité de la batterie est beaucoup plus grande. De plus, en l'absence de convertisseur, le rendement énergétique de la batterie s'avère meilleur, alors que la puissance délivrée par une photopile de faible dimension est très faible. S'il faut utiliser la télécommande fréquemment ou en pleine nuit, ces points ne doivent pas être négligés.

Une batterie peut supporter un courant de charge d'entretien, quitte à limiter la surcharge à l'aide d'un dispositif de limitation de la tension semblable à celui qui serait nécessaire au condensateur.

Si je devais concevoir et réaliser ce projet, je n'hésiterais pas. Je choisirais la batterie.

[invite58ab5c05]

Bonjour à tous.

J'ai pas mal avancé dans mon projet et j'aimerais vous dire ce que j'ai fais pour que vous medite ce que vous en pensez.
Petit rappel: alimentation télécommande par cellule solaire.
Prb: Faible puissance transmise, consommation lors de l'envoi de trame.

Alors voila, j'ai donc commandé des cellules solaire (07/048/032 et 07/048/016) que j'ai testé. Suite à ça, je savait qu'il fallait que je charge quelque chose, sinon la photopile ne pouvait pas fournir l'énergie nécessaire pour envoyer une trame, et de plus la nuit ça marcherais pas!!

Donc j'ai mis des super capacité. 1F pour commencer. Ca marchait très bien, quand elle était chargé, parceque pour la charger galère avec la photopile!!
J'ai ensuite opté pour une 0.47. La le compromis était trouvé le temps d'utilisation était convenable ainsi que le temps de recharge même placé en lumière faible (200...600 Lux, lumière intérieur).
Mais PROBLEME! (ça aurait été trop facile). Le microcontroler de la télécommande n'accepte que 3.6V de tension MAX. Or la photopile accouplé à sa SuperCap de 0.47F (j'ai placé une diode entre les deux bien sur) pouvait monté jusque 5V en plein soleil. Otant dire que la télécommande aurait grillé!!
Il fallait donc trouvé un moyen de régulé. J'ai d'abord pensé au diode zener, mais elle sont trop gourmande en courant ( ordre de grandeur de la consommation en veille de la télécommande: 3.5 µA ). Un professeur qui s'intéressait à mon projet à lui pensé à mettre des diode en série afin de limité la tension: problème, la capa a du mal à se recharger en lumière faible...
Pour ma part j'ai placé un régulateur LDO et placé deux superCap, une avant de 0.1F et une après de 0.47F. La première peut se charger jusque 5V, tandis que la deuxième placé derrière le regulo ne peut atteindre que 3.5V.
Regulateur: tps71501 de chez TI.

Voila, si vous voulez je peux vous donner encore plus de détail.
Qu'en pensez-vous? Qu'auriez-vous fais? Des améliorations? ...

Merci. Bonne journée.

[PA5CAL]

Bonjour

L'idée d'insérer un régulateur low-drop à faible consommation entre la photopile et l'élément à recharger est effectivement la solution qui s'impose.

Mais après tout ce que j'ai écrit, tu es sûr de ne pas vouloir utiliser de batteries rechargeables ? Tu gaspillerais moins d'énergie solaire, et tu gagnerais en autonomie et réactivité ... enfin bon .

[invite74119562]

Bonjour,

je suis dans le même cas, je désire faire une alimentation, régulée de préférence.
J'aimerais faire une alim de 3V à l'aide d'un panneau photovoltaïque...j'utiliserai une super capa (de 10F) pour maitenir la charge + ou - constante.

Quelqu'un peut me mettre sur une piste?

Merci