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1. Vue d'ensemble de l'application

1.1 Objectif

ACRouter est un contrôleur open source permettant de rediriger automatiquement l'excédent d'énergie solaire vers des charges résistives (comme les chauffe-eau) au lieu de l'exporter vers le réseau. Il optimise également la consommation d'énergie pendant les périodes tarifaires heures pleines et heures creuses avec des limites de consommation.

Objectif principal : Minimiser l'export d'énergie vers le réseau en contrôlant dynamiquement la puissance de la charge en fonction du bilan courant entre production et consommation. Réduire les coûts de consommation d'électricité du réseau.

Avantages principaux :

✅ Gestion automatique de l'excédent d'énergie solaire
✅ Optimisation des tarifs heures creuses et des limites de consommation
✅ Réduction des coûts d'électricité (autoconsommation)
✅ Coûts d'équipement réduits. Pas de batteries nécessaires pour le stockage d'énergie
✅ Protection contre l'export (mode ECO)
✅ Configuration flexible via interface web
✅ Plusieurs modes de fonctionnement supportés
✅ Contrôle de plusieurs appareils de consommation. Variateurs et relais.
✅ Code source ouvert

1.2 Fonctionnalités

Mesure et surveillance

Mesure de la tension du réseau (capteur de tension AC ZMPT107)
Mesure du courant en 3 points (capteurs de courant SCT-013/ACS-712) :
Courant de charge (Charge)
Courant du réseau (Réseau) - détection import/export
Courant de production solaire (Solaire)
Calcul de la puissance active en temps réel
Fréquence de mise à jour : 200 ms (5 fois par seconde)
Précision de mesure : ADC 12 bits avec DMA (jusqu'à 80 kHz sur 8 canaux)

Contrôle de charge

Commande de variateur à angle de phase (variateur TRIAC)
Réglage progressif de la puissance 0–100 %
Synchronisation avec le détecteur de passage par zéro
Support de jusqu'à 2 canaux de variateur, extensible aux GPIO disponibles
Sorties relais (ROADMAP : Développement Phase 2)
2 relais indépendants, extensible aux GPIO disponibles
Polarité programmable (Active HIGH/LOW)

Algorithmes de contrôle

Contrôleur proportionnel (contrôleur P)
Équilibrage P_grid → 0
Coefficient de gain ajustable (Kp)
Modes de fonctionnement : OFF, AUTO, ECO, OFFGRID, MANUAL, BOOST
Anti-scintillement - lissage des changements du variateur

Communication

WiFi : Mode AP (192.168.4.1) + mode STA (connexion au routeur)
WebServer : REST API + interface Material UI
Console série : Ligne de commande pour la configuration (115200 baud)
Mises à jour OTA : Mises à jour firmware par voie hertzienne (Phase 2)

Configuration et stockage

NVS (Non-Volatile Storage) :
Paramètres ACRouter (mode, Kp, consigne)
Configuration WiFi (SSID, mot de passe)
Configuration matérielle (broches GPIO, types de capteurs)
Interface web :
Tableau de bord avec métriques en temps réel
Page de paramètres WiFi
Page de configuration matérielle
Sélection du mode de fonctionnement
Terminal série (console) :
Affichage des métriques en temps réel
Ligne de commande pour la configuration du matériel et des paramètres de l'appareil
Sélection du mode de fonctionnement

1.3 Fonctionnement

Contrôle automatique

Mesure de puissance :
La tension et les courants sont mesurés toutes les 200 ms
Calcul de la valeur efficace (RMS - Root Mean Square)
Calcul de la puissance active (P = U × I × cos φ)
Détermination du bilan :
P_solar = puissance des panneaux solaires
P_load = consommation actuelle de la maison
P_grid = import/export vers le réseau
P_dimmer = puissance de la charge contrôlée
Algorithme de contrôle :
Objectif : P_grid → 0 (zéro export/import)
Contrôleur proportionnel : ΔDimmer = Kp × P_grid
Appliqué au variateur avec des limites de 0–100 %

Surveillance via interface web

Métriques en temps réel :
Tension du réseau (V)
Courants : Réseau, Solaire, Charge (A)
Puissance : Réseau, Solaire, Charge, Variateur (W)
Niveau du variateur (%)
Mode de fonctionnement actuel
Informations système :
Version du firmware
Temps de fonctionnement
Mémoire heap (RAM libre)
WiFi RSSI (niveau du signal)

Configuration via interface web

Sélection du mode de fonctionnement (6 boutons)
Contrôle manuel du variateur (curseur 0–100 %)
Configuration WiFi (scan des réseaux, connexion)
Configuration des broches GPIO et des types de capteurs
Calibrage des capteurs (multiplicateur, offset)
Redémarrage de l'appareil

1.4 Modes de fonctionnement

OFF (0) - Désactivé

Description : Le variateur est complètement désactivé (0 %), le système est inactif.

Usage:
- Maintenance
- Load disconnection
- Sensor testing without control

Behavior:
- Dimmer level = 0%
- Measurements continue (200 ms)
- Web interface is available
- Serial commands work

AUTO (1) - Automatique (routeur solaire)

Description : Mode principal du routeur solaire. Équilibrage automatique de P_grid → 0.

Algorithme :

cpp

// Every 200 ms
P_error = P_grid;  // Positive = import, negative = export
delta = Kp * P_error;  // Proportional controller
dimmer_level += delta;
dimmer_level = constrain(dimmer_level, 0, 100);

Behavior:
- P_grid > 0 (import from grid) → Increase dimmer (more load)
- P_grid < 0 (export to grid) → Decrease dimmer (less load)
- P_grid ≈ 0 → Dimmer stabilized

Settings:
- Kp (gain) - gain coefficient (default: 0.05)
- Higher Kp = faster response, but possible oscillations
- Lower Kp = smoother, but slower
- setpoint - target P_grid value (usually 0 W)

Exemple :

python

Initial state:
  P_solar = 2000 W
  P_load = 500 W
  P_grid = -1500 W (export!)
  Dimmer = 0%

After 5 seconds (AUTO mode, Kp=0.05):
  P_solar = 2000 W
  P_load = 500 W
  Dimmer = 75% (~1500 W to water heater)
  P_grid = 0 W ✅ (balance achieved)

ECO (2) - Économie (anti-export)

Description : Empêche l'export vers le réseau. L'import est autorisé, mais l'export est interdit.

Algorithme :

cpp

if (P_grid < 0) {  // Export to grid
    // Decrease dimmer (reduce load)
    delta = Kp * P_grid;  // Negative delta
    dimmer_level += delta;
} else {
    // Import is allowed, do not increase dimmer
    // Keep current level
}
dimmer_level = constrain(dimmer_level, 0, 100);

Behavior:
- P_grid < 0 (export) → Decrease dimmer (avoid export)
- P_grid > 0 (import) → Do not change dimmer (import is allowed)
- P_grid = 0 → Dimmer is stable

Applications:
- Export tariff is unfavorable or absent
- Need to use only excess energy
- Export protection when there is no grid export contract

Exemple :

python

Situation 1: Solar excess
  P_solar = 3000 W
  P_load = 1000 W
  P_grid = -500 W (export)
  → ECO mode will increase dimmer by ~500 W → P_grid = 0

Situation 2: Solar shortage
  P_solar = 500 W
  P_load = 1000 W
  P_grid = +500 W (import)
  → ECO mode will NOT change dimmer (import is allowed)

OFFGRID (3) - Hors réseau

Description : Mode pour les systèmes autonomes avec batteries. Utilise l'excédent d'énergie solaire pour la charge.

Algorithme :

cpp

// Balance by solar panel current
P_available = P_solar - P_load;  // Available power
if (P_available > 0) {
    // There is solar excess → increase dimmer
    dimmer_level = map(P_available, 0, P_dimmer_max, 0, 100);
} else {
    // No excess → turn off dimmer (save battery)
    dimmer_level = 0;
}

Behavior:
- Uses only solar energy
- Does not consider P_grid (no grid)
- Priority: main load → batteries → dimmer
- Dimmer works only when there is solar excess

Applications:
- Systems without grid connection
- Solar panels + batteries
- Maximize solar energy usage

Exemple :

python

Daytime (sunny):
  P_solar = 1500 W
  P_load = 800 W
  P_available = 700 W
  → Dimmer = 50% (~700 W to water heater)
  → Battery is not discharging

Evening (no sun):
  P_solar = 0 W
  P_load = 800 W (from battery)
  → Dimmer = 0% (battery saving)

MANUAL (4) - Mode manuel

Description : Le variateur est réglé à un niveau fixe (pas d'automatisation).

Behavior:
- Dimmer level is set by user (0-100%)
- No automatic regulation
- Level is maintained until manually changed

Applications:
- Load testing
- Night tariff (set to 100%)
- Temperature control (set to 50%)
- System debugging

Settings:
- manual_level - dimmer level (0-100%)

Exemple :

bash

# Via Serial commands
set-manual 75        # Set dimmer to 75%
set-mode 4           # Switch to MANUAL mode

# Via web interface
1. Select MANUAL mode
2. Move slider to 75%
3. Click "Apply"

BOOST (5) - Puissance maximale

Description : Variateur à 100 % (chauffage forcé).

Behavior:
- Dimmer level = 100% (constant)
- Ignores all sensors
- Maximum power to load

Applications:
- Fast water heater heating
- Using cheap tariff
- Emergency mode

Warnings:
- ⚠️ High grid consumption
- ⚠️ Possible load overheating
- ⚠️ Monitor temperature manually

Exemple :

python

Night tariff (23:00-07:00):
  1. Switch to BOOST mode
  2. Water heater heats at maximum
  3. In the morning switch back to AUTO

Result:
  Heating from cheap tariff
  Daytime operation in AUTO mode (solar)

1.5 Tableau comparatif des modes

Mode	Contrôle du variateur	Équilibrage P_grid	Import autorisé	Export autorisé	Cas d'utilisation
OFF	0 % (fixe)	❌ Non	N/A	N/A	Maintenance
AUTO	Automatique	✅ Oui (→ 0)	✅ Oui	✅ Oui	Routeur solaire standard
ECO	Auto (anti-export)	⚠️ Partiel	✅ Oui	❌ Non	Pas de contrat d'export
OFFGRID	Auto (solaire uniquement)	❌ Non	N/A	N/A	Systèmes hors réseau
MANUAL	Fixe (utilisateur)	❌ Non	✅ Oui	✅ Oui	Test / Tarif de nuit
BOOST	100 % (fixe)	❌ Non	✅ Oui	❌ Non	Chauffage rapide

1.6 Scénarios d'utilisation

Scénario 1 : Routeur solaire standard

Equipment:
- 3 kW solar panels
- Sensors: Solar, Grid, Load, Voltage
- Load: 2 kW water heater

Mode : AUTO

Operation:
1. During the day there is excess solar energy
2. P_grid is negative (export to grid)
3. Controller increases dimmer → water heater heating
4. P_grid balances → 0 (zero export/import)
5. All solar energy is used locally

Scénario 2 : Protection contre l'export (ECO)

Equipment:
- 5 kW solar panels
- No grid export contract
- Sensors: Solar, Grid, Voltage
- Load: Water heater element

Mode : ECO

Operation:
1. During the day solar excess → export to grid begins
2. ECO mode detects P_grid < 0
3. Dimmer increases → water heating
4. Export prevented (P_grid ≥ 0)
5. Evening sun sets → dimmer decreases
6. Import allowed (grid purchase when needed)

Scénario 3 : Système autonome (OFFGRID)

Equipment:
- 2 kW solar panels
- 10 kWh batteries
- No grid connection
- Sensors: Solar, Load, Voltage
- Load: Tank heating element

Mode : OFFGRID

Operation:
1. System is autonomous (no grid)
2. During the day solar excess → water heating
3. At night heating element is off (no sun)
4. Batteries are used for main load
5. Maximize solar energy usage

Scénario 4 : Tarif de nuit + chauffe-eau

Equipment:
- Two-tariff meter (day/night)
- Sensors: Grid, Voltage
- Load: Water heater

Mode : MANUAL (nuit) / OFF (jour)

Operation:
1. Night (23:00-07:00): MANUAL 100% (cheap tariff)
2. Day (07:00-23:00): OFF (expensive tariff)
3. Programmable via schedule (Phase 2: SCHEDULE mode)

1.7 Architecture du système

python

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      ESP32 Controller                        │
│                                                               │
│  ┌─────────────┐  ┌──────────────┐  ┌────────────────────┐ │
│  │ PowerMeter  │  │   Router     │  │  DimmerHAL         │ │
│  │   ADC       │→ │  Controller  │→ │  (Zero-cross)      │ │
│  └─────────────┘  └──────────────┘  └────────────────────┘ │
│         ↓                                      ↓             │
│    Measurements                           TRIAC Control      │
│    (200ms cycle)                          (50Hz sync)        │
│                                                               │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │              WiFi Manager                            │   │
│  │  ┌──────────────┐  ┌────────────────────────────┐   │   │
│  │  │ AP Mode      │  │ WebServer (Material UI)    │   │   │
│  │  │ 192.168.4.1  │  │ + REST API                 │   │   │
│  │  └──────────────┘  └────────────────────────────┘   │   │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                               │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │         ConfigManager + HardwareConfigManager        │   │
│  │                    (NVS Storage)                      │   │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
        ↑                              ↓
   ┌────────────┐             ┌──────────────────┐
   │  Sensors   │             │  Dimmer Output   │
   ├────────────┤             ├──────────────────┤
   │ ZMPT107    │             │  TRIAC           │
   │ (Voltage)  │             │  (0-100%)        │
   │ SCT-013    │             │                  │
   │ ACS-712    │             │  Load:           │ 
   │ (Current)  │             │  Heater/Boiler   │
   │ x3 sensors │             │  (up to 2kW)     │
   └────────────┘             └──────────────────┘

1.8 Public cible

ACRouter est conçu pour :

Les passionnés de DIY - construire un routeur solaire soi-même
Les propriétaires avec panneaux solaires - optimiser l'autoconsommation
Les développeurs - base pour des projets personnalisés (open source)
Les projets éducatifs - apprentissage de l'IoT, de la gestion d'énergie, de l'ESP32
Les petites entreprises - réduire les coûts d'électricité

1.9 Limitations et avertissements

⚠️ IMPORTANT :

Sécurité électrique
Travailler avec une tension secteur de 230V est dangereux
Une qualification d'électricien est requise
L'isolation galvanique des capteurs est obligatoire
Un dispositif différentiel (RCD) est obligatoire
Compatibilité de charge pour les variateurs
Adapté uniquement aux charges résistives (éléments chauffants, radiateurs)
NON adapté aux charges inductives (moteurs, transformateurs)
NON adapté à l'électronique (drivers LED, alimentations)
Puissance
Le maximum est limité par le module TRIAC (habituellement 2 kW)
Un refroidissement est nécessaire pour les charges élevées
Une protection contre la surchauffe est recommandée
Précision de mesure
Un calibrage est nécessaire pour la précision
Erreur de ±5–10 % avec les paramètres de base
La température affecte les capteurs
Exigences du réseau
Fréquence réseau stable (50/60 Hz)
Tension de qualité sans fortes fluctuations
Le détecteur de passage par zéro est critique pour le TRIAC

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1. Vue d'ensemble de l'application

1.1 Objectif

Avantages principaux :

1.2 Fonctionnalités

Mesure et surveillance

Contrôle de charge

Algorithmes de contrôle

Communication

Configuration et stockage

1.3 Fonctionnement

Contrôle automatique

Surveillance via interface web

Configuration via interface web

1.4 Modes de fonctionnement

OFF (0) - Désactivé

AUTO (1) - Automatique (routeur solaire)

ECO (2) - Économie (anti-export)

OFFGRID (3) - Hors réseau

MANUAL (4) - Mode manuel

BOOST (5) - Puissance maximale

1.5 Tableau comparatif des modes

1.6 Scénarios d'utilisation

Scénario 1 : Routeur solaire standard

Scénario 2 : Protection contre l'export (ECO)

Scénario 3 : Système autonome (OFFGRID)

Scénario 4 : Tarif de nuit + chauffe-eau

1.7 Architecture du système

1.8 Public cible

1.9 Limitations et avertissements