Chargeur solaire de voyage

Voyager, c'est bien. La majorité du temps, on trouve toujours de quoi recharger ses appareils: à l'hôtel, au camping, dans le train... Mais pour partir plusieurs jours dans les montagnes ou dans des zones sans électricité, le problème se pose bien.

Dans le commerce, c'est vrai qu'on en trouve des chargeurs solaires, très attrayant. J'ai été le premier à les essayer. Pour une trentaine d'euros, on a ... pas grand chose de très efficace. Si on cherche un chargeur qui marche, il faut y mettre au moins 80€, mais ça reste lourd, et ne répond souvent pas au besoin (différents types d'appareils).

Chargeur solaire de voyage DIY - 1.65W efficace - 5V et 8.4V - 150g

Voilà donc en quelques étapes, comment bricoler un chargeur solaire digne de ce nom pour moins de 40 €.

L'idée est de construire un chargeur solaire pour petits appareils électroniques. Étant donné l'utilisation mobile de ce chargeur (randonnée, voyage) et mes connaissances limitées en électronique, la réalisation doit:

  • être simple
  • n'utiliser que quelques composants électroniques facilement trouvables
  • ne nécessiter qu'un simple fer à souder et un peu de dextérité
  • résulter en quelque chose de léger et d'un encombrement limité!

Si ça vous intéresse, commençons par un peu de théorie sur le matériel utilisé. Sinon sautez directement à la réalisation.

La Théorie

Les panneaux photovoltaïques

La qualité

Il existe plusieurs sortes de panneaux photovoltaïques (PV), avec des rendements plus ou moins bons (amorphes, mono-crystalins, poly-crystalins). Les crystallins sont aujourd'hui les plus utilisés, car c'est eux qui offrent les meilleurs rendements (autour de 15%). Les mono-crystallins sont de meilleure qualité mais aussi plus cher. Le choix de la technologie importe peu dans ce projet, mais pour une raison de coût, j'ai préféré les poly-crystallins.

La puissance

La puissance d'un panneau PV bon marché affichée par les vendeurs est une valeur maximale - comprendre jamais atteinte - et correspond  au produit de la tension de circuit ouvert par l'intensité de court-circuit, ces deux valeurs pouvant être mesurées avec un multimètre directement branchées sur le panneau PV en plein soleil.

Panneaux photovoltaïques

Un panneau PV se comporte comme un générateur de courant constant, ce qui signifie qu'en présence de lumière suffisante, il produit un courant quasi constant, proche de la valeur annoncée par le fabricant. La puissance et l'intensité étant relativement fixes, c'est la tension qui chute (P = U.I) dès que la charge est importante.
En plus de cette chute de tension,  la puissance (et en partie l'intensité) diminue fortement selon la saison, l'heure de la journée et l'angle d'incidence des rayons du soleil. On se retrouve rapidement avec 50% de la puissance annoncée. D'où l'intérêt de choisir une tension (et donc une puissance) plus élevée que celle nécessaire.
Par exemple; pour charger une batterie de 3.7V, un panneau de 5V suffira tout juste lors d'un fort ensoleillement, un panneau de 6V fonctionnera mieux.

Les éléments à charger

Les batteries et accumulateurs possèdent des caractéristiques communes :
 - une tension nominale, qui est la tension fournie lors de la décharge
 - une tension de charge, qu'il faut appliquer lors du chargement
 - une capacité, exprimée en mAh, information sur la longévité
Les équipements électroniques que nous utilisons tous les jours utilisent différents types de source d'énergie.

Support pour deux accus AA et un AAA, le tout en série se charge à 5V (USB)

NiMH

Les accumulateurs NiMH (AA et AAA) sont les plus répandus. Ils ont une tension nominale de 1.2Vet se chargent à une tension d'au moins 1.65V. Les plus récents supportent une charge rapide à plus de 1A.

Li-ion

Les accumulateurs Li-Ion se présentent sous la forme d'éléments d'un tension nominale de 3.7V, et leur tension de charge qui ne doit absolument pas dépasser les 4.2V, sous peine d'échauffement et d'explosion. Les batteries de téléphone et  d'APN compacts sont composées d'un élément 3.7V, alors que les caméras ou les APN reflex en nécessitent deux, soit 7.4V.
Le courant de charge ne doit jamais dépasser la capacité de la batterie. Exemple: pour une batterie Li-Ion d'une capacité de 1600mAh, le courant de charge ne doit jamais dépasser 1.6A.

Appareils avec un chargeur intégré

Les téléphones, par exemple, ont un chargeur intégré qui nécessite une tension bien particulière, généralement entre 5V et 6V, selon le modèle. C'est le cas aussi de certains appareils photo qui se chargent sur une prise USB, donc 5V.

La régulation de tension

Nous avons vu que pour charger une batterie ou un appareil, il est nécessaire de lui fournir une tension stable, suffisamment haute pour que la charge puisse avoir lieu et à la fois limitée pour éviter les risques de surchauffe. Hors, sur les panneaux PV, la tension chute rapidement lorsqu'un courant important est requis (batterie déchargée). En fin de charge par contre, l'intensité devient plus faible et la tension remonte. Par conséquent il faut trouver un moyen de stabiliser cette tension, quelque soit l'intensité. Les régulateurs de tensions sont des composants électroniques conçus pour ça.

L4940V5 (régulateur linéaire fixe LDO) et LM317 (régulateur linéaire ajustable)

Il existe principalement deux types de régulateurs de tension: les régulateurs linéaires, faciles à utiliser, et les régulateurs à découpage, plus petit, plus récent et plus performant, mais nécessitant des moyens avancés.

Pour plus d'informations, aller voir ici.

Les spécifications du chargeur

Avec mon chargeur, je veux pouvoir charger les éléments suivants :
 - deux accus AA (GPS) et un AAA (lampe), soit 3 accumulateurs de 1.2V en série et donc une tension de charge de 4.95V
 - une batterie d'APN réflex de 7.4V, avec une tension de charge maximale de 8.4V
 - tout type d'appareils USB (téléphone, mp3, APN compact...) sur un port USB, avec une tension de 5V.
Par conséquent, j'ai besoin de deux voltages différents : 5V et 8.4V.
Le chargement s'effectuera avec les panneaux solaires, mais je souhaite aussi pouvoir utiliser la batterie de 7.4V pour fournir du 5V: en cas de besoin, mon APN réflex peut me servir à recharger un GPS ou un téléphone.

Le choix des composants

En fonction des besoins évoqués ci-dessus, nous allons choisir les composants nécessaires à la réalisation d'un tel chargeur.

Les panneaux photovoltaïques

Etant donné que les régulateurs de tension linéaires ne permettent pas de garantir une tension minimale sans montage complexe, il faut choisir un panneau PV suffisamment puissant pour fournir le voltage nécessaire et réduire son voltage grâce à un régulateur de tension, pour obtenir un minimum de performance.
D'un côté j'ai besoin de 5V, de l'autre 8.4V. On pourrait utiliser un seul panneau de 12V et réguler la tension. Mais de manière à optimiser le rendement, je préfère utiliser deux panneaux de 7.5V, qu'on peut alternativement brancher en parallèle pour fournir plus de courant sous 7.5V, ou en série, pour fournir 15V que l'on abaissera à 8.4V stables. Cela paraît démesuré, mais deux panneaux de 6V seraient trop justes pour fournir 5V en charge.

Les régulateurs de tensions

J'ai choisi d'utiliser des régulateurs de tension linéaires en raison de leur simplicité. Il en existe différents types: à tension de sortie fixe ou ajustable, à faible chute de tension (LDO), avec des intensités et voltages supportés différents, etc... STMicroelectronics proposent des régulateurs à tension fixe et à très faible chute de tension (entre 0.1 et 0.2 volt de chute pour moins de 500mA de courant): le L4940V5 et L4940V85. L'un fournit 5V, l'autre 8.5V. Ils ne sont pas cher (contrairement aux LT1129 ou autres ajustables) et permettent de réguler la tension en maximisant le rendement.

Réalisation

De mes premiers essais est sorti un chargeur fonctionel, comprenant aussi un testeur de batterie, de manière à vérifier l'état de charge de la batterie Li-ion. Mais après plusieurs essais, deux régulateurs grillés et des difficultés à trouver la panne, je me suis tourné vers un montage beaucoup plus simple. Le testeur fait l'objet d'un montage à part.

Chargeur

Le chargeur possède deux ports pour brancher les panneaux solaires: soit en série parallèle pour une sortie USB (partie en vert), soit en parallèle série pour une sortie 8.4V (partie en bleu). Bien que montés sur la même platine, les deux circuits sont indépendants, de manière à éviter les erreurs de montage, les interrupteurs et séparer les problèmes s'ils surviennent (composants défaillants). Il est aussi possible de brancher la batterie Li-ion de 7.4V directement en entrée du circuit 5V, à la place des panneaux, en cas de besoin.

chargeur solaire tic tac

Les diodes D1 sont des diodes Schottky, qui permettent d'éviter la décharge des batteries dans les panneaux solaires. Elles ont l'avantage de n'affaiblir la tension que très peu (de l'ordre de 0.3V). En sortie du régulateur 8.5V (L4940V85), j'ai aussi rajouté une telle diode pour être certain de ne pas dépasser les 8.4V et éviter la décharge de la batterie dans le régulateur.

La diode D2 est une diode au silicium 1N4001, qui affaiblit de presque 1V la tension à l'entrée du régulateur 8.5V. Celui-ci ne supporte que 17V maximum en entrée, qui peuvent parfois être atteints en plein été avec deux panneaux de 7.5V en série.

La puissance dissipée dans les régulateurs est de l'ordre de 1W (0.2A @ 7.5*2 - 8.5V ou 0.4A @ 7.5 - 5V), ce qui n'est pas négligeable, mais je n'ai pas observé d'échauffement excessif. 

Quelques photo du circuit de charge.

Découpage de la platine aux dimensions d'une boîte de Tic Tac, ça rentre impec' !

Découpage de la platine pour la boîte de Tic Tac

Le dessous de la platine, avec quelques coups de cutter sur les pistes de cuivres. J'ai essayé de m'appliquer à faire de belles soudures bien light!

Sous la platine, pistes coupées

Le chargeur une fois terminé. A gauche les deux connecteurs pour les panneaux solaires, à gauche la sortie USB et le connecteur pour la batterie.

Chargeur Solaire Tic Tac

Testeur de batterie

N'ayant pas de témoin de charge, j'ai trouvé utile de fabriquer un testeur de batterie. Sur pression d'un interrupteur à contact, il permet d'allumer une LED lorsque la tension de la batterie dépasse une certaine valeur (réglable), en l'occurence autour de 8.1V, valeur proche de la fin de charge, de manière à éviter la surcharge.

Le circuit est basé sur un comparateur de tension, le LM311. En sortie d'un comparateur se trouve un transistor. Si la tension d'entrée (celle de la batterie) est supérieure à la tension de référence (8.1V), alors le transistor conduit et la LED s'illumine. Il est nécessaire d'avoir recourt à ce comparateur pour avoir un état booléen. Si l'on connectait la batterie directement à la LED, elle s'éclairerait de 5V à 8V (certes avec une intensité différente) et il serait impossible de connaitre la tension actuelle.

Testeur de batterie à seuil réglable

Voici le détail des branchements du LM311:
 - la patte 2 correspond à la tension de référence. On utilise ici une diode Zener de 4.7V (tension de référence) protégée par une resistance de 560Ω. Celà permet au LM311 de travailler avec des tensions plus faibles.
 - la patte 3 correspond à la tension d'entrée. On utilise ici une résistance variable de 100kΩ en pont diviseur de tension. C'est là que se fait le réglage, en connectant une batterie déjà à la tension de voulue et en réglant le potentiomètre à la limite d'extinction de la LED.
 - les pattes 1 et 8 correspondent à l'émetteur et au collecteur du transistor, c'est donc cette connexion qui va s'ouvrir ou se fermer en fonction du résultat de la comparaison des tensions. En sortie se trouve une LED de 20mA@3.6V protégée par une résitance de 270Ω (8.4-3.6  /  0.02 = 240).
 - les pattes 4 et 7 sont les bornes d'alimentation, respectivement le - et le +.

Je me suis inspiré des montages ici et .

Quelques photos du testeur, auquel est intégré la connectique pour la batterie, qui est dans tous les cas nécessaire, testeur ou pas.

Vue de dessous. On peut faire beaucoup plus simple comme implantation de composants. C'est juste que je me suis retrouvé avec les pistes dans le mauvais sens après la découpe. Donc j'ai dû revoir mon montage car je n'avais plus que ce bout de platine.

Vue de dessous ... à simplifier!

Le testeur dans sa demi grosse boîte de TIc Tac, avec les contacts pour la batterie.

Testeur dans une demi grosse boîte de Tic Tac

La batterie en place, charg.ée à 8.1V, maintenue par un élastique. Le doigt presse l'interupteur lattéral pour tester la batterie.

Batterie chargée à au moins 8.1V comme le témoigne la LED

Liste des composants

Voilà la liste des composants utilisé pour le chargeur et le testeur. Compter quelques euros de plus pour éventuellement cablage et connecteurs, ainsi que les boîtes de Tic Tac! On s'en sort pour 40 € avec les panneaux les plus puissants.

Identifiant Nom Description Quantité Prix
L4940V5 L4940V5 Régulateur de tension 5V  1   2.80 €
L4940V85 L4940V85 Régulateur de tension 8.5V  1   2.80 €
D1 SB130 Diode Shottky Uf=0.3V@200mA  3   0.20 €
D2 1N4001 Diode Uf=0.9V@200mA  1   0.10 €
LM311 LM311 Comparateur de tension  1   1.00 €
LED1 LED LED Blanche 18.000mcd 3.6V 20mA  1   1.00 €
DZ1 Zener 4.7V Diode Zener 4.7V  1   0.10 €
R1 270Ω Résistance 270Ω 0.25W  1   0.10 €
R2 560Ω Résistance 560Ω 0.25W  1   0.10 €
RV1   Résistance variable 100kΩ  1   0.50 €
    Embase USB A  1   1.70 €
    Panneau solaire 7.5V 220mA  2  12.00 €
    Platine  1   1.00 €

Tests et résultats

Mes essais ont montré que ce chargeur, avec deux panneaux PV 7.5V 220mA, est 6 fois plus puissant qu'un chargeur solaire 0.55W pesant 110 grammes (en arrière plan sur la photo) que j'ai acheté sur internet pour 30€. La différence de puissance vient d'un côté des panneaux PV et d'un autre côté de l'absence de batterie tampon dans mon montage. Certains trouvent ce dernier point discriminatoire, mais le rendement est bien meilleur en chargeant directement. Qui plus est de tels petits chargeurs ne sont pas assez puissants pour recharger des batteries de 7.4V. Et puis, comme évoqué plus haut, il est tout à fait possible d'utliser une batterie de 7.4V comme batterie tampon, sans que cela n'implique inutilement de poids supplémentaire.

Tests avant montage final : 350mA@5V

En pratique, le soleil du soir, entre 16h et 17h fin mai, permet de générer 180mA@8.4V ou 360mA@5V, ce qui recharge complètement une batterie d'APN réflex en 10h, 3 accus NiMH de 2200mAh en 6h ou une batterie d'APN compact en 4h. Après avoir chargé une demi-heure au soleil de 17h ma batterie de réflex complètement déchargée, j'ai pu prendre 20 photos avec. Ceci est suffisant pour une utilisation voyage. Dans les pays où le soleil est très présent et en été, il est même possible de se contenter de deux panneaux 6V 130mA, réduisant ainsi le poids et l'encombrement de 40%.

Quelques photos de son utilisation lors de ma virée au Maroc. Quelques bouts de velcro collés à la néoprène sur les panneaux, et un bout de nylon où sont cousus les autres bouts de velcro:

Maintien avec des velcro. Deux soudures supplémentaires en cas de casse.

Chargeur attaché au sommet du sac

Merci d'avoir lu jusqu'au bout, et bon courage pour la réalisation si vous vous lancez. N'hésitez pas à poster des commentaires si vous avez des questions. J'essairai d'y répondre!

Notes

  • Il est possible d'obtenir d'autres tensions que ces 5V et 8.4V, en se branchant directement sur la sortie des panneaux, sans régulation de tension donc. Avec des panneaux de 7.5V, on obtiendra alors entre 6V et 7V, que l'on peut ajuster avec une diode Schottky pour réduire le voltage (de 0.3V à 1V environ, selon le modèle de la diode). Mais cette tension sera moins stable car affaiblie même lorsque le panneau reçoit moins de lumière. D'où l'avantage de la régulation de tension.
  • Les régulateurs de tension sont des composants qui chauffent. La partie supérieure des deux régulateurs, de couleur grise, est reliée à la masse. Attention à ne pas la laisser en contact avec des fils au potentiel positif, la fonte de la gaine entrainerait un court-circuit (c'est du vécu).
  • A commander des composants quelque part, je vous conseille d'en commander plusieurs de chaque, notamment les régulateurs de tension. Certes j'ai fait pas mal d'expériences avec avant d'obtenir un résultat satisfaisant, mais j'en ai grillé deux (les 8.5V)!
  • Le L4940V85 et sa diode de sortie peuvent être remplacés par un LM317, régulateur linéaire ajustable, qui implique cependant une chûte de tension de 1.25V. Cela n'est pas un gros porblème dans le cas du 8.4V car les panneaux produisent 15V. Chercher "LM317 voltage calculator" sur son moteur de recherche préféré pour le choix des résistances d'ajustement.

Commentaires

Bonsoir, je pense que vous vous êtes trompé sur les couleurs des schémas parallèle et série?

En effet Lionel, merci! C’est corrigé!

Salut,

Très intéressant ton site !

Dis-moi, n‘étant pas un pro de l‘électronique, ton montage de panneau solaire serait-il suffisant et adapté à la recharge d’une batterie :

[ 7.4V / 1800mA ] ?

Merci de ta réponse ;)

Un des buts principaux de ce chargeur est bel est bien d‘être adapté à la recharge de batterie d’appareil photo réflex. Donc oui, c’est compatible mais à utiliser en connaissance de cause (bien lire le passage sur les “Elements à charger > Li-on”). En laissant charger trop longtemps, il peut y avoir des risques!

Bonjour,
je suis super intéressé par ton montage que j’aimerai réaliser pour partir marcher en autonomie… Mais je bataille pour trouver des panneaux solaires !
une idée, un conseil, une adresse où les trouver ?
merci d’avance

Salut Vincent,
Content que ça te donne des idées :) En cherchant sur la baie “solar panel”, plus particulièrement avec “7.5V 220mA” pour ceux que j’ai utilisés, tu trouveras ton bonheur en provenance de Hong Kong. C’est là que je me suis fourni et pour une vingtaine d’euros, on ne risque pas gros.

Salut,

Je ne suis pas un crack en électronique et sur ton schéma du testeur de batterie je ne comprend pas pourquoi tu as connecté la sortie de R1 à la borne plus (B+) et non à la masse (B-).
En effet quand j’analyse la photo de la platine vue de dernière il semblerais que la sortie de R1 soit bien connecté à B-.
De plus le schéma de “modelsub” sur lequel tu t’es appuyé semble aller dans ce sens.
Merci pour tes explications qui me permettrons de réaliser ton chargeur.

Salut Alexandre,
Tu as bien raison; en effet, si la LED reçoit du + des deux côtés, elle ne risque pas d‘éclairer beaucoup… Merci pour ta correction, ton analyse était aussi belle que l‘était mon erreur! J’ai mis à jour le schéma.

Salut,

Ok merci pour ta réponse poétique.
Une dernière chose quel type d’alimentation as tu utilisé pour ajuster ta résistance variable à 8V.

Tout simplement ce qui est censé être testé: la batterie 2 élements li-ion du réflex. Chargée à bloc, elle fournie presque 8.4V. Je l’ai utilisée un petit peu, vérifié la tension voulue au voltmètre, branchée et ajusté la résistance pour atteindre la limite allumé/éteint de la LED.

Bonjour,

Il faudrait corriger cette phrase : “ je préfère utiliser deux panneaux de 7.5V, qu’on peut alternativement brancher en série pour fournir plus de courant sous 7.5V, ou en parallèle, pour fournir 15V que l’on abaissera à 8.4V stables.”

En série les tensions s’ajoutent
En // les intensités s’ajoutent

En tout ças merci pour ce tutorial !

JP

Bonjour et merci JP. C’est corrigé!

Bonjour !
Merci pour toutes ces informations ! Je réalise que je suis un peu dans la même situation que toi : un réflex à alimenter, un portable en usb (évidement) et une série d’accus pour mon gps afin de récupérer ma trace et géotagger mes photos.

J’ai regardé les cellules solaires que tu préconises d’utiliser (le vendeur keaiwen2009 sur ebay), il semblerait sur les photos que l’arrière du panneau est non protégé et laisse ainsi les soudures et fils à nu… Une question du coup m’est venue : comment fixes-tu les panneaux sur le sac ? j’ai vu ton support en silnylon sur RL, mais la question de la fixation reste un mystère pour moi… Collé ? Quid de la tenue dans le temps ?

Aurais-tu une photo pour visualiser l’ensemble ?

Merci de ta réponse !

PS : fabuleux ton trip dans les rocheuses !

Salut Olivier,

merci pour ton message ;) Je me suis rendu compte justement dans les Rocheuses qu’une batterie (80g) permet de tenir une bonne semaine (~300 photos et 20min de vidéo), ce qui au final donne peu d’avantage au chargeur pour des courtes randos. Mais il a son utilité dans des contrées isolées.

J’ai rajouté deux photos sur l’attache au sac. En fait j’ai tout simplement collé des velcro à la colle néoprène, ça tient bien, c’est pas lourd et c’est facile à enlever/retirer pour bricoler en cas de problème. On peut aussi noyer les soudures dans de la colle thermofusible.

bonjour, tres sympa ton site
je viens d’acheter une station meteo et je suis tres interressé car l’anemometre est situé en hauteur( ça va de soit!!!) et difficile de changer les piles donc je veux installer un petit capteur qui alimente les piles nimh, mais bon je ne connais pas la consommation exacte de l’anemometre mais je cherche deja des solutions; charge en direct avec une diode ??? je voudrais que les piles soit autonomes au moins 1 an voir plus, je sais que ça existe en neuf mais un peu cher !!!!

Je pose serieusement la question d’un chargeur à dynamo. Il y a un gain de poids, de prix… Il est vraix que sur ce genre de périple, on peut ce permettre en marchant de tourner une manivelle pour recharger ses batteries.L’avantage étant de pouvoir s’utiliser à tout moment et tout temps; Et donc répondre à une situation d’urgence. Je ne trouve juste pas de test et de comparatif entre ce type de chageur à dynamo et un chargeur solaire.

Salut Nutz! Tout d’abord merci pour ton site, tu m’as personnellement beaucoup aidé! J’avais juste une question pour la réalisation du montage.
En fait quand tu utilises ta batterie li-ion c’est plus une batterie d’appoint non? Il n’y a pas de système d’inverseur pour passer directement en entrée pour recharger via USB.

Merci

Salut Karim,

La batterie Li-Ion de 7.4V est utilisée par l’appareil photo réflex. Soit je le charge durant les pauses, soit je prends une seconde batterie pour charger une batterie pendant que je prends des photos avec l’autre.
Pas de système inverseur en l‘état, mais il est tout à fait possible de brancher la batterie en entrée du L4940V5 (montage vert, bornes P1 ou P2, c’est pareil), pour sortir du 5V. Le rendement n’est pas terrible, mais ça peut dépanner.

Salut nutz,

Je suis vraiment interesser par ton chargeur solaire! =). Aurais-tu qu’elle formule pour choisir les PV selon les batterie a chargeur? Sinon une dernière question qu’elles sont les dimention de tes PV ?

Merci à toi pour ton petit tuto =)

Merci pour ton travail, mais j’aimerais te parler de mon projet, qui utilise 99 % de tout ton travail. Le 1% restant me laisse dans un questionnement sans réponses. J’aimerais t’exposer mon projet pour que tu m’aides, si tu veux, à résoudre tout ça.
Merci, a bientot

Salut nutz, je touche pas trop ma bille en électronique, et avant de me lancer dans cette aventure , je souhaite savoir si ce montage est opérationnel pour la recharge d une tablette/liseuse, ( rapport nombre de libres embarqué / poids dans le sac a dos top, mais après 7 heures de lecture…. je suis a plat) . Cordialement, ben

bien

Génial ! Exactement ce que je cherchais. Merci beaucoup. Je vais étudier ça de très près et y’a plus qu‘à ressortir le fer.

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