Cet article détaille les différentes possibilités d'alimentation électrique des relais mesh.

Transport

Cette section décrit les systèmes de transport d'électricité. On distingue ici l'alimentation par Ethernet (PoE) et l'alimentation conventionnelle par fils électriques branchés sur les circuits 120V (non détaillée ici).

Power over ethernet

La façon la plus économique d'alimenter son relai est de l'alimenter avec un câble ethernet qui transporte un courant électrique avec le signal numérique. On nomme cette technologie Power over Ethernet (Wikipedia ou "PoE". On peut alimenter des appareils d'un maximum de 15W à 25W de puissance, dépendemment du standard utilisé. En général, on souhaite limiter la puissance des appareils alimentés pour éviter les incendies dû à une surchauffe des fils, mais aussi dû à la dissipation de l'énergie avec la résistance du fil et la distance.

Il faut également que l'appareil supporte ce genre de couplage, ou utiliser un adapteur approprié, appelé un "splitter". Il faut également avoir un "injecteur" pour prendre le courant quelquepart et l'envoyer dans le fil. Ces deux appareils peuvent être achetés en ligne ou fabriqués (voir ce tutoriel de instructables pour la fabrication d'un splitter et injecteur PoE). Un injecteur est souvent fourni avec certains appareils qui sont aliments seulement en PoE. Certains commutateurs fournissent également du courant directement en PoE, particulièrement pour alimenter des systèmes de téléphonie IP.

Le désavantage des alimentations PoE est qu'ils dépendent souvent de l'alimentation domestique et sont donc vulnérables aux coupures de courant. Il faut également avoir une prise de courant extérieure pour brancher le système ou percer un trou dans un des murs de l'endroit où l'installation est faite, ce qui peut être difficile, dangereux ou interdit dépendemment des conditions.

Génération

On explique ici les différentes solutions de génération d'électricité de manière autonome. On considère principalement le solaire et l'éolien comme sources de productions électrique autonomes.

Solaire

Note: plusieurs de ces informations provienne de cette présentation sur les panneaux solaires, à laquelle anarcat a assisté à Berlin en 2013.

Le solaire (wikipedia) est la conversion de l'énergie du soleil en électricité. On se concentre ici sur l'utilisation de panneaux solaires photovoltaïques car on pourrait effectivement considérer pratiquement toute énergie générée sur la terre comme provenant éventuellement du soleil.

Un des plus gros défis avec le solaire est de calculer la puissance de panneaux solaires que vous aurez besoin pour alimenter vos appareils de manière continue, au travers des passes nuageuses et neigeuses que notre belle météo nous donne.

Montréal a en fait un ensoleillement excellent, avec 2000h d'ensolleilement par année. Considérant sa latitude et les conditions hivernales auxquelle elle est confrontée, il est surprenant de voir Montréal se taillant une place respectable près de Rio de Janeiro, Beijing, Washington DC et Paris dans ce classement de Ressources naturelles du Canada.

Branchements et installation

Une configuration solaire se compose de 4 parties:

• équipement à alimenter (e.g. votre routeur, laptop, etc)
• batterie(s)
• régulateur de charge
• panneau solaire

Le panneau solaire est la partie qui génère le courant. Il est branché à un régulateur de charge, car le courant qui sort du panneau doit absolument être régulé pour ne pas endommager la batterie. La batterie, elle, est essentielle pour s'assurer de survivre à la nuit, aux nuages et autres périodes avec moins d'alimentation électrique. Plusieurs batteries peuvent être branchées en parallèle pour assurer une plus grande capacité (en gardant le voltage constant).

Les équipements sont ensuite branchés sur la batterie. Il peut être nécessaire d'avoir des équipements pour changer le voltage de la batterie vers votre appareil, particulièrement si celui-ci est sensible aux variations de courant. Un exemple commun est le branchement d'un chargeur de téléphone cellulaire par USB, qui utilisent un voltage de 5V. Pour ceci, des simples convertisseurs (Amazon) sont disponibles pour les "allumes-cigares" de voiture, qui sont du même voltage (soit d'environ 12V) que la batterie.

Il est également relativement simple de construire un tel circuit (instructables, stackexchange), qu'on appelle un DC-to-DC converter et dont la conception varie selon la tolérance à la variation du voltage, l'efficacité voulue, etc.

Notez finalement que le panneau devrait être placé vers généralement le sud (à moins qu'un obstacle y bloquerait le soleil), près du sol (pour éviter le vent) et dans un angle de plus de 45° (pour faire face au soleil et permettre à la neige de tomber).

Notez aussi que les cellules des panneaux solaires sont souvent montées en série, ce qui fait qu'un blocage sur une partie des cellules pourrait complètement couper l'alimentation électrique. S'assurer donc que le panneau ne sera pas encombré par la neige si on veut un fonctionnement durant l'hiver, voir cet article pour plus d'informations à ce sujet.

Comment choisir les équipements

Le fonctionnement de ces calculs est un peu comme établir un "budget" avec des "revenus" (génération d'électricité) et des "dépenses" (consommation d'électricité), calculés en "Watts-heures" (Wh) ou en Joules (1 Wh = 1J/s * 3600s = 3.6 kJ). Évidemment, on assume que les équipements sont branchés de façon continue - dans le cas contraire, on calculera selon des moyennes.

Consommation électrique

Pour calculer la dépense de courant d'un appareil, on peut facilement voir sa consommation en observant les spécifications de l'appareil. Par exemple, mon ordinateur portable a une alimentation de 3.25A à 20V, ce qui donne 65W (également indiqué sur l'adapteur, mais W = A * V, donc 3.25A * 20V = 65W). Notez bien que ceci est la capacité limite de l'alimentation, il est donc peu probable que tout ce courant soit utilisé.

Pour les ordinateurs, certains logiciels peuvent vous fournir la consommation électrique de votre ordinateur. Par exemple, mon ordinateur portable consomme présentement 19W de courant de sa batterie. Quand je le branche, il se charge à un taux de 25W. Utiliser mon laptop pendant une heure tirerait donc 25Wh de la batterie.

Les spécifications du Bullet M parlent d'une consommation maximale de 7W, un tel appareil prendrait donc 7Wh ou 168Wh par jour (7W * 24h/j). Prenons donc ce dernier chiffre (~170Wh par jour) pour le reste de nos calculs.

Il est également possible d'utiliser un multimètre pour calculer la consommation d'un appareil si vous êtes un peu confortable avec ce genre d'appareils, sinon l'utilisation d'un kill-a-watt est plutôt recommendée.

Capacité des batteries

L'étape suivante est d'établir la capacité des batteries. Les batteries, comme mentionné plus haut, servent à survivre aux jours sans soleil. On note aussi qu'on ne peut utiliser plus de 50% de la capacité de la batterie.

Donc on prend la consommation quotidienne (170Wh/j) et on la multiplie par le nombre maximum de jour sans production électrique qu'on est prêt à tolérer (exemple: 2 jours d'orages complets), ce qui nous donnerait ici 340Wh. Vu qu'on prend seulement la moitié de la batterie, on mutliplie encore par 2, ce qui nous donne 680Wh. En assumant un voltage moyen de 12V, ceci nous donne ~57Ah, qui représente la capacité de la batterie. Ceci pourrait, par exemple, être amplement fourni par une batterie à décharge profonde telle que cette [70Ah chez Canadian Tire à 115$][].

Capacité des panneaux solaires

Il faut finalement établir la capacité des panneaux solaires. Pour ce faire, il faut s'assurer de pouvoir recharger la batterie complètement à partir de zéro (en fait, 50% de la charge) et fournir le courant nécessaire à l'alimentation quotidienne. Pour reprendre l'exemple ci-haut, on avait établi la consommation quotidienne à 170Wh et une batterie de 70Ah (donc 840Wh), ce qui nous donne 590Wh (50% * 840Wh + 170Wh).

Finalement, on établi la quantité moyenne d'ensoleillement par jour, en pire cas (disons sur un mois). Par exemple, à Montréal, novembre est le pire mois d'ensoleillement avec 80.4h/mois, soit 2.68h/jour.

On assume également 85% d'efficacité de charge (dû au régulateur de charge, en particulier). En reprennant 590Wh de production nécessaire par jour, 85% d'efficacité et ~3h de soleil par jour, on obtient donc des panneaux nécessaires de 230W ((590Wh/j) / (3h/24h) / 85%).

Notez bien que ces panneaux sont en fait au delà de la capacité nécessaire pour notre équipement, mais pourront recharger les batteries adéquatement même si l'équipement lui est mis à jour pour utiliser toute la capacité des batteries. Rappelons-nous plus haut que les batteries étaient au dessus de la capacité nécessaire (70Ah vs 57Ah nécessaires). La différence est cependant minime au final, on sauve seulement 30W sur les panneaux ((510Wh/d)/(3/24)/85 = 200W)...

Un tel équipement (panneau de 190W avec régulateur de charge) coûterait plus de 360$ chez Addison au moment d'écrire ces lignes. Les dimensions du panneau sont de 158cm x 81cm x 3.5cm. Voir également les listes suivantes:

• catégorie panneau solaire chez Addison
• solairedesign.com - inclus également des formations

Éolien

Les installations éoliennes auront des contraintes similaires au niveau des systèmes de batterie, mais nous ne sommes pas familiers avec les calculs au niveau de rythmes de charge du vent. Le plus gros avantage de l'éolien est qu'il fonctionne aussi bien en hiver qu'en été (pour vu que les équipements soient à l'épreuve de l'hiver bien sûr!).

On peut également noter que les pièces d'une éolienne sont, au bout du compte, simplement un moteur électrique, une technologie beaucoup plus simple et moins polluante qu'un panneau solaire - qui intègre des métaux rares difficiles à obtenir (ou pire, réparer!).

Stockage

On parle ici de stocker l'énergie accumulée, généralement avec des batteries dans les circuits autonomes, mais peut également être utilisé pour fournir une alimentation de secours, dans lequel cas on parle de "UPS" (Uninterruptible power supply).

Batteries

Il y a une pléthore de différent types de batteries, de la batterie de votre lampe de poche à votre batterie d'auto. La conception est généralement assez similaire et importe peu ici. Nous allons d'ailleurs nous intéresser principalement aux batteries de plus grande capacité et donc plus près de la batterie de voiture que celle de votre téléphone ou lampe de poche.

On peut distinguer deux grand groupes de batteries qui nous intéressent:

• batteries au plomb - généralement utilisé dans les batteries de voiture, de bateau, etc
• batteries scellées (VRLA) - généralement utilisée dans les carts de golfs, voitures téléguidées, UPS et autres gadgets

Batteries au plomb

Les batteries au plomb ont les caractéristiques suivantes:

• haute capacité
• peu dispendieuses
• lourdes
• robustes
• doivent rester généralement debout
• demandent de la maintenance (e.g. remplir d'eau distillée régulièrement)

Batteries scellées

Les batteries scellées ont les caractéristiques suivantes:

• plus coûteuses
• demandent moins de maintenance
• aucune émission toxique possible
• recharge plus rapide
• tolèrent mal la surcharge

Pour nos besoins, on devra favoriser les batteries scellées autant que possible à moins d'avoir régulièrement (environ une fois par mois) accès au batteries et être prêt à y ajouter de l'eau distillée. De plus, les batteries scellées sont de plus en plus appellées à remplacées les batteries ordinaires étant donné le peu de maintenance qu'elle demandent.

Entretien et recharge des batteries

Il faut absolument éviter de surcharger les batteries, mais aussi de les décharger complètement. Différentes batteries ont différentes limites, mais en général, il faut éviter de descendre en bas de 12.00 volts!

Bien qu'une batteries indique "12 volts", elle donne en fait plus près de 12.65V lorsqu'elle est chargée, et ce voltage descend en dessous de 12V lorsque complètement déchargée. Et il faut éviter la décharge complète, donc en général, on recharge la batterie lorsqu'on arrive à 12V, ou encore avant.

Note: il est *possible de descendre en bas de 12V sur une batterie. Certains forums montrent qu'il est possible d'opérer une batterie jusqu'à 11.9V, voir même 11.5V ou 11.4V. Mais en général, lorsqu'une batterie est trop déchargée, elle s'use plus vite et peut même devenir complètement inutilisable si elle est trop déchargée.

Voir egalement cet exemple de calcul de charge.

D'autre information sur l'entretien des batteries est disponible ici:

• trojanbattery.com
• wikihow.com
• batteryequaliser.com
• deep cycle battery FAQ

Prix et disponibilité

Quelques exemples de prix de batteries scellées:

• 24Ah chez Addison à 70$
• 65Ah chez Canadian Tire à 115$ ("Nautilus group 24 (archive)")
• 160Ah chez Canadian Tire à 250$

Batterie expert ont également tout un stock de batteries à des bons prix, apparemment... mais pas sur le site web.

UPS

Les "UPS" (Uninterruptible power supply) sont des appareils qui permettent de survivre à une coupure de courant mais aussi à réguler le courant fournit par l'alimentation domestique afin de protéger les équipements. Un UPS se branchent donc généralement sur le réseau domestique AC de 120/220V. À l'intérieur d'un UPS, on trouve comportent des batteries, un chargeur ainsi qu'un onduleur qui permet de reconvertir le courant des batteries (DC) en courant domestique (AC) dans le cas d'une coupure.

Tout comme les batteries, un UPS est évalué selon sa capacité en Ah.

"Boosters"

Les "boosters" sont devenus intéressants ici aussi parce que les batteries lithium-ion (li-ion) sont de plus en plus performantes. Un ensemble de produits ont émergé récemment (2019) qui permettent de démarrer des voitures dont la batterie est trop faible. Ce review (vidéo) de Project Farm est très intéressant car il montre à quel point les nouvelles batteries sont plus performantes que les anciens systèmes basé sur des batteries plus traditionnels.

De plus, ces produits sont beaucoup plus petits et légers. Ils peuvent être également utilisés pour charger des appareils par USB et donner du courant DC, et donc sont grandement intéressants pour nos projets ici.

Le review recommende ces produits:

1. Audew 20000mAh Peak 1500A Car Jump Starter:
   • 85$USD, backorder and not sold in Canada
   • LED display
   • power button
   • flashlight
   • input: USB-C
   • outputs:
     • USB-A 5V, 9V, 12V
     • USB-A 2.5V 2A
     • 12V / 10A cigarette lighter
     • battery clamps
2. Topvision 2200A Peak jump starter:
   • 59.2Wh
   • 90$USD on Amazon, no delivery in Canada
   • LED display
   • power button
   • flashlight
   • input: USB-C 5V/3A
   • outputs:
     • USB-A 5V, 9V, 12V
     • USB-A 2.5V 2.1A
     • 12V / 6A cigarette lighter
     • battery clamps
3. DBPOWER 2000A 20800mAh and Sanrock 2000A 16000mAh (maybe same manufacturer):
   • 77Wh (DBPOWER) 59.2Wh (Sanrock)
   • 73USD on Amazon, used/"like new" (Sanrock), no delivery to Canada (DBPOWER)
   • LCD screen
   • power button
   • flashlight
   • input:
     • DBPOWER: 15V/3A USB-C in/out
     • Sanrock: 15V/1A USB-C in/out
   • output:
     • 12V/10A cigarette lighter
     • USB-A 5V/2.1A
     • USB-A QC3

Les autres produits qu'il a révisé ne semble pas très fiables. Le "supercapacitor" marche bien, mais il est plus gros et plus cher. De plus, il faut le charger avec la batterie déjà morte, ce qui prend du temps et pourrait endommager la batterie d'avantage.

Il y a également d'autres produits en vente chez Canadian Tire et Home Depot mais tous deux ont des spécifications qui sont loin des produits disponibles chez Amazon. De plus, ils ont moins de connecteurs et ne sont donc pas utiles pour nos projets radio.

Update: j'ai trouvé quelquechose qui ressemble (en termes de spécifications) à un de ceux là, et qui est disponible au Canada, le GREPRO 1500A Peak 21000mAh. Je mets à jour ici selon mes expériences quand la machine arrive.