Projet :

Gestion de la consommation d’énergie d’une maison

BOULBAIR Badr/ DIENG Samba

SOMMAIRE :

• Présentation du projet

• Cahier des charges

• Ressources

• Réalisation du projet

• Perspectives d’améliorations

• Bilan/Conclusion

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I) Présentation du projet

Tous les étudiants du GEII, en première année sont confronté à un challenge au cours de leur troisième semestre. Ils sont tenus de choisir un projet. Celui-ci doit être en lien avec le génie électrique, et plus précisément en adéquation avec l’option choisis en deuxième année. Dans notre cas il s’agit de l’option énergie renouvelable, et du projet intitulé : Gestion de la consommation d’énergie d’une maison. Nous devons réaliser ce projet dans le cadre du module « Études & Réalisations », dont la notation comprend plusieurs facteurs, bien entendu la réalisation du projet, la présentation de celui-ci (site web, video, powerpoint…), l’implication des différents membres, ainsi que le résultat final.

Le projet sera mené par Samba DIENG, ainsi que BOULBAIR Badr. Bien entendu avec le soutien des différents professeurs auxquels nous avons fait appel pour nous venir en aide, en particulier Mr. Djafar OULD ABDESLAM, et Mr. Mahfoud DROUAZ.

Dans l’UE1, un module est consacré aux énergies renouvelables. Ce module est composé de plusieurs matières, qui ont toutes été source d’inspiration, mais les matières suivantes ont eu un impact direct sur le projet : éolien, solaire, et smart grid. L’association de ces trois matières accompagnées d’une longue réflexion, nous ont mené à créer une maison autonome en énergie. Pour cela, nous avons commencé par créer notre maison, puis lui offrir les sources d’énergies suivantes : deux éoliennes, ainsi qu’un panneau solaire. Notre maison sera commandée par un Arduino que nous vous présenterons plus tard. Cet Arduino va en fonction de la production et de la consommation de la maison prendre différentes décisions, pour manager au mieux l’énergie. Avec notre maison il y aura une voiture électrique, qui est donc à même de se comporter comme une source d’énergie électrique, ou au contraire comme un appareil ménager à part entière qui doit être rechargé. Il y a trois grandes situations par lesquelles la maison passera :
-1er Cas, le cas favorable: La production des énergies renouvelables est supérieure à la consommation des appareils électriques de la maison, dans ce cas l’Arduino va diriger le surplus d’énergie vers la batterie de la voiture. Dans le cas ou la batterie de la voiture est déjà chargée, le surplus sera revendu à EDF.
-2eme cas, le cas neutre:  Ce cas correspond à une production d’énergie tout juste suffisante à la consommation de la maison.
–3eme cas, le cas défavorable:  Içi la production d’énergie est inférieure à la consommation de la maison, dans ce cas l’Arduino va ordonner à la batterie de la voiture de se comporter comme une source d’énergie supplémentaire. Si par malchance la batterie serait déchargée, la dernière alternative sera de consommer l’énergie fournie par EDF.

II) Cahier des charges:

 

 

A) Expression du besoin
Diagramme bête à corne : c’est un outil de représentation de questions fondamentales. (A qui rend-il service, sur quoi agit-il, dans quel but).

B) Fonctions et Contraintes
Diagramme pieuvre :  Le diagramme pieuvre (ou APTE) nous permet de répertorier toutes les fonctions de notre produit. En effet nous rappelons que lors de la conception, les techniciens chercheront pour chaque fonction à satisfaire, la meilleure solution. Et c’est l’ensemble des solutions qui donnera le produit final.

FP1:	Gestion de la consommation en fonction de la production d’énergie électrique de la maison
FP2:	Faire en sorte que la proportion d’énergie produite gaspiller sois la plus petite possible
FC1:	Le budget, une centaine d’euro prévu en fonction de l’ampleur du projet.
FC2:	Reproduire les charges existantes dans une vraie maison à l’échelle de la maquette.
FC3:	Le temps, 60h au semestre 3, et 45h au semestre 4.
FC4:	L’esthétique, la maison doit être fidèle a une vraie maison.
FC5:	La production d’énergie renouvelables en intérieur (maquette pas prévu pour l’extérieur).

III) Ressources

A)L’Arduino Yun

L’Arduino Yun est un microcontrôleur  basé sur le processeur ATMEGA32U4 et un processeur additionnel Atheros AR9331, sur lequel tourne la distribution Linux OpenWrt wireless stack. Il est également composé de composants complémentaires qui facilitent la programmation et l’interfaçage avec d’autres circuits.Il possède  un régulateur linéaire 5 V et 3,3V. Le module possède un port USB, et est programmé avec une liaison série TTL. C’est via cet Arduino que nous avons fait la gestion de l’énergie.

 

 

 

B)L’écran LCD

Cet écran va nous permettre d’afficher notre consommation, ainsi que notre production en temps réel. Le nom des broches et leurs utilités nous sont données sur l’image. Pour cela il va simplement falloir brancher l’Arduino à l’écran, et écrire un programme pour mesurer les consommations et productions. sur l’image ci-après on voit le schéma électrique contenant l’arduino et l’écran.

C) Les composants électriques pour gérer l’énergie.

Les LEDs, utilisé à leur juste valeur elle
représenterons, l’éclairage de la maison.

Les résistances, elles aurons pour but de dissiper l’énergie,
qui dit dissipation dit échauffement du composant. c’est cet
échauffement qui synthétisera le chauffage de la maison.

 

 

Les relais: Ces composants seront placés à certains endroits
bien précis du circuit. Ils vont commander chacun une charge
(chauffage, éclairage, cuisine etc…)

 

 

Le régulateur de tension LMZ14203, qui va ajuster
la tension d’entrée a la tension nominale des relais..

 

 

 

 

 

IV) Réalisation du projet

A) La maison

Nous avons commencé par le support le plus important du projet, il s’agit de la maison. Pour cela nous avons sur les conseils des professeurs, chercher des plan pour maison en 2D sur internet. Après quelques recherches, nous avons trouvé les plans de la maison actuelle. Nous avons utilisé la découpeuse laser dans le FabLab de l’IUT, pour créer notre maison, puis nous l’avons assemblée.

 

Le plan de la maison trouver sur internet :

Le matériau utilisé pour construire la maison:

Découpeuse laser, avec laquelle nous avons
couper les planches de bases:

Résultat après assemblage de la maison:

B) Les charges

Ceci étant fait nous sommes passés au gros du travail, c’est-à-dire l’établissement des solutions électriques de notre maison et des différentes charges de celle-ci. Nous voulions dans un premier temps placé des LEDs associé à des résistances, pour que la consommation dans chaque branche du circuit soit différente. Mais pendant le bilan des puissances, nous nous sommes rendu compte qu’il serait plus judicieux et plus réaliste de synthétisé des appareils électrique de quotidiens avec des composants électrique de base à disposition. Par exemples nous avons la simulé la voiture électrique par une simple batterie, l’éclairage de la maison sera simulé par les LEDs, le chauffage sera simulé par des résistances, et pour les charges restantes nous sommes encore en train de réfléchir lesquelles choisir. Les charges étant plus ou moins définie, il nous fallait maintenant de quoi les alimentés.

C) La production d’énergie

L’alimentation de la maison sera divisée en plusieurs parties, les éoliennes, le panneau solaire, ainsi que la batterie de la voiture électrique qui sera un générateur en fonction de la situation, et il y a quand même pour le cas le plus défavorable une part reliée à EDF. N’ayant pas trouvé de génératrice adéquates à nos éoliennes nous avons décidé de simulé la production de leurs énergie, et de les faire tourner avec des moteurs. Le panneau ayant des dimensions un peu plus grandes que notre maquette il produirais assez à lui tout seul (220V). C’est pour cette raison que nous diminuerons volontairement sa production. La batterie fournira 12V/1,2Ah (sauf dans le cas ou elle doit être rechargée). EDF sera simplement un générateur à part, qui compensera l’énergie manquante.

Voici le panneau solaire:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Les deux éoliennes:

 

 

 

 

 

 

D) Management de l’énergie via l’Arduino

      Maintenant que nous avons la production d’énergie, les charges qui consommerons cette énergie, il va nous falloir mettre en œuvre des programmes sur l’Arduino et des composants qui vont se chargé de commander le tout.
Le premier programme sera le programme pour afficher la production et la consommation pour savoir dans quelle configuration nous nous situons. Pour pouvoir les affichés il faut bien entendu recueillir ces informations. Pour cela nous avons fait une première carte composée de deux capteurs de courants, deux capteur de tensions, la multiplication d’une mesure courant/tension nous donnera une consommation en watts (U X I = P). Les informations recueillit par les capteurs serons traiter par l’Arduino via un programme. Ces information sont prise a des endroits bien précis du circuit.
Le deuxième programme sera le programme de commande des relais, ceux-ci vont laisser passé ou bloquer le courant qui passera dans une branche. Ces décisions seront prises par l’arduino, en fonction de la configuration dans laquelle on se trouve (voir les trois cas cités dans l’introduction).

E) Réalisations concrètes

1) Câblage des charges : Toutes les charges sont branchés en parallèle l’une par rapport a l’autre, ce choix a été fait pour éviter que si une des charges venaient à être court-circuitée, le reste du montage soit intacte. toutes les charges ont été divisées en plusieurs compartiments, alimentés indépendamment les uns des autres (mais les alimentations viennent toutes de la même source.

 

2)Réalisation de la carte à relais : Cette carte aura un bornier par compartiment, aux quel sera relier un relais (interrupteur) commander électriquement via l’arduino pour faire varier la consommation (tous les relais ouverts=consommation nulle/tous les relais fermés= consommation max). La carte sera alimenter par une alimentation externe, car nous avons rencontrés des problèmes avec le panneau solaire qui ne relevaient pas de nos compétences. Se trouve également sur la carte une régulateur de tension, car nous envisageons d’alimenter le montage avec une tension plus élever que celle suporter par les charges, afin d’avoir une tension de référence globale.

3) Programmation : Le programme a été conçu sur le logiciel Arduino, dans un langage très proche du C. Ce programme va donner les ordres au relais de s’ouvrir ou de se fermé en fonctions des situations décrient dans l’introduction (favorable, défavorable, juste suffisant). le programme est divisé en deux, la première partie vise à lire la production et la consommation, tandis que la seconde partie va faire en sorte ue l’Arduino prendra une désision en fonction de ce qu’il a lu dans la première partie du programme. En voici une petite partie :

V) Perspectives d’améliorations

1. Il aurait été plus qu’intéressant de se munir de vrai génératrices pour les éoliennes, plutôt que de simuler l’énergie produite par celles-ci. De ce fait le bilan des puissances n’est fiable que partiellement.
2. Les mesure de la consommation et de la production sont des mesures générales, autrement dis on mesure la consommation de toutes le charges simultanément, et  nous mesurons la productions de toutes le sources de production de la même manière. Pour gagner en précision il aurais été plus efficace de mettre en place une mesure par charge, ainsi que une mesure par centre de production.
3. De l’amélioration précédente découle celle-ci, les mesures étant multipliées, il aurais été profitable de pouvoir toutes les visualiser. Pour ce faire nous aurions pu utiliser un écran plus sophistiqué avec un menu, pour pouvoir cibler les mesures a visualiser.

 

VI) Bilan/conclusion

Du point de vue organisation le projet s’est plus ou moins bien déroulé. En effet nous nous étions dirigés vers un tout autre projet, mais après étude de celui-ci, nous sommes rendu compte qu’il nétais pas viable. Après réflexion et étude du nouveau projet qui est celui que nous venons de vous présenter, nous avons pu améliorer l’organisation, partager le travail, et le découper en plusieurs parties bien distinctes. Néanmoins tout le travail n’a pas encore été effectué. Nous avons pu réaliser les différentes composantes du projet, mais nous n’avons pas pu les mettre en commun, et par conséquent voir un résultat final.
Ce projet à laissé libre-cours a notre imagination. Nous avons pu travailler en groupe et se coordonner, et même parfois s’appuyer sur les autres groupes qui avaient des parties en commun avec notre projet. Nous avons approfondis nos connaissances dans les matières concernant les énergies renouvelables, ainsi que l’électronique. Nous avons fait face à des problèmes techniques qui ont suscité cogitation et réflexion, afin de les résoudre. Sans oublier les professeurs Mr OULD-ABDESLAM, Mr DROUAZ, ainsi que Mr VIGNE, qui nous ont été d’une précieuse aide tout au long du projet. En conclusion les projets s’encre bien dans l’étude et la réalisation, il sont agréable, et permettent d’apprendre par la pratique, qui fait le lien entre les cours les travaux dirigés, et les travaux pratiques.