Moteur électrique alimenté par énergie solaire (1): la solution Zener

Vous venez d'acquérir une cellule photovoltaïque capable de générer 5 ou 6 volts, et une multitude de projets se mettent à germer dans votre esprit:  une voiture de course miniature propulsée par énergie solaire, un ventilateur à énergie solaire pour les chaudes journées d'été, un robot à énergie solaire qui vous servira des boissons rafraîchissantes au bord de la piscine...

Comme premier test, vous branchez donc un petit moteur électrique à votre cellule solaire et...le moteur reste obstinément immobile.  C'est étrange: ce moteur accepte pourtant de tourner sous une tension beaucoup plus faible, d'habitude...  Et il fait un soleil radieux...

Faites une petite expérience:  en plein soleil, branchez un voltmètre à votre cellule photovoltaïque.  Vous devriez mesurer quelques volts.  Maintenant, branchez le moteur, et mesurez la tension à nouveau:  vous ne mesurez plus rien!?!?

C'est que votre cellule solaire a une puissance limitée:  si vous y branchez une charge de faible résistance (votre moteur), elle serait obligée de débiter une assez forte intensité de courant pour maintenir sa tension, mais elle est incapable de le faire.

La solution:  ajouter, entre le moteur et la cellule solaire, un circuit qui stockera temporairement l'énergie électrique (au rythme où la cellule est capable de la produire) avant de la délivrer au moteur lorsque le niveau atteint est suffisant.  Les anglophones adeptes de petits robots solaires appellent ça un "solar engine".

Comme vous pouvez l'imaginer, ce circuit comportera un condensateur (comme moyen d'emmagasiner de l'énergie électrique de façon temporaire, il est difficile de trouver mieux).  Deux transistors (un NPN et un PNP) s'occuperont de faire basculer le circuit entre l'état "stockage d'énergie" et l'état "alimentation du moteur".

Il ne reste plus qu'à ajouter un composant qui se chargera d'établir à quelle tension le condensateur est suffisamment chargé.  L'idéal semble d'utiliser un circuit intégré spécialement conçu pour mettre un appareil mobile en veille lorsque ses piles fournissent une tension trop basse.  On mentionne très souvent le 1381J de Panasonic (à peu près introuvable depuis qu'il a été retiré du marché, il y a de nombreuses années) ou le TC-54 de Microchip.  Je n'ai rien qui ressemble à ça dans mes tiroirs pour l'instant.

Une autre solution consiste à utiliser une LED clignotante ("FLED" pour "Flashing Light Emitting Diode").  Je n'en ai pas non plus:  pour dire la vérité, je ne savais même pas qu'il était possible de se procurer des LEDs qui clignotent par elles-mêmes lorsqu'on les alimente avec une tension continue.

J'ai l'intention de tester les deux les deux options précédemment mentionnées lorsque j'aurai acquis le matériel nécessaire.  En attendant, j'ai dû me contenter de l'option réputée la moins efficace et la plus difficile à faire fonctionner:  un circuit comportant une diode zener.

Voici le circuit, dont je ne suis évidemment pas l'inventeur.  Le schéma est tout droit sorti du site Solarbotics.net.  J'ai utilisé une diode zener dont le numéro est IN5224 (tension de claquage de 2,8 V) et j'ai remplacé la résistance de 2,2 kΩ par un potentiomètre de 5 kΩ.  Vous pouvez facilement remplacer les transistors par d'autres modèles équivalents (BC327 et BC337, par exemple), et vous pouvez diminuer un peu la capacité du condensateur.

Résultat:  en plein soleil, mon moteur tourne rapidement et de façon continue.  Sous une intensité lumineuse un peu moins élevée, le moteur tourne par impulsions (environ un demi tour rapide, suivi d'une seconde de repos), mais à la condition de régler le potentiomètre à une position différente.   Ça correspond assez bien au reproches que j'avais lus concernant ce circuit:  il faut modifier les réglages aussitôt qu'on change de moteur ou que les conditions d'éclairage sont modifiées (on dit que les circuits comportant une LED clignotante ou un superviseur de tension supportent mieux ces changements:  je vous en reparlerai).

Si vous désirez lire mes autres articles sur l'alimentation d'un moteur électrique par énergie solaire:
Circuit à base de LED clignotante
Solar Miller Engine

Yves Pelletier (Twitter: @ElectroAmateur)