"Strażnik mocy" w fotowoltaice, pytanie do starych wyjadaczy

[SOYER 248]

Cześć, może nie do końca w tematyce forum, ale może kto pomoże. 

Właśnie instaluję u siebie panele PV o mocy 9,25 KWp, do tego inwerter znamionowo 8kW, max 8,8kW, max moc przyłączeniowa 9600W. Jako,  że może się zdażyć(rzadko bo rzadko), że moc oddawana przez panele przewyższy  możliwości inwertera, chciałby w takim przypadku urządzenie załączające wtedy grzałkę bojlera i "zbierające" nadmiar z paneli.

Krótko, urządzenie sprawdzające moc po stronie DC i w razie przekroczenia powiedzmy 8,5kW, włączjące grzałkę(500W?).

Jak to ugryźć?

Edytowano Wrzesień 21, 2019 przez SOYER

[dambo 27]

Strzalam totalnie - ta moc wyjściowa jest zawsze czymś mierzona/analizowana - nie ma jakiejś komunikacji do którejś mógłbyś się czymś podłączyć i odczytać to? Wtedy już droga wolna - czy to coś na arduino dorobić czy coś.

[SOYER 248]

Myślałem raczej nad Arduino mierząc sobie prąd i napięcie(napięcia pozostaje zawsze na w miarę tym samym poziomie, to prąd rośnie wraz ze wzrostem nasłonecznienia i/lub spadkiem temperatury paneli), liczące moc i reagujące (lub nie) na wynik. 

Tylko nie wiem, jakie komponenty do napięcia ok 1000V(33 panele po 31V razy [max] 9-10A)... Układ załączający przekierowująca takie napięcie na grzałkę to też nie przelewki, choć będę miał dwa stringi więc napięcie podzielone na dwa... ale i tak nie wiem jak to ugryźć. 

Choć oczywiście inwerter też wystawia dane po rs485 lub WiFi, ale chyba prościej samemu mierzyć... 

Edytowano Wrzesień 21, 2019 przez SOYER

[dambo 27]

Ja jak pisałem - pobrałbym dane z inwertera bez ingerencji w to co już jest.

Jak masz tam też dane wyrzucane przez WiFi na pokładzie to całość twojego urządzenia może się zamknąć w module EPS z przekaźnikiem.

[Polecacz 101]

Szukasz producenta PCB? Sprawdź firmę JLCPCB. Dlaczego warto?
   • Prototypy PCB 2-warstwowe za 2$ (gotowe w 24 godziny)
   • Prototypy PCB 4-warstwowe za 5$
   • Montaż SMT od 7$
   • Produkcja w profesjonalnej fabryce (zobacz film)
Sprawdź też » Jak powstaje PCB? Wycieczka po fabryce

[SOYER 248]

2 minuty temu, dambo napisał:

z przekaźnikiem.

jakim?? wlączającym 1000V?

[dambo 27]

Popatrz sobie na to: TRD1000D15-15A-DC

jakiś zapas napięcia by się jeszcze przydał, bo to wersja 1000V

ale to ktoś bardziej elektroniczny musiałby jeszcze potwierdzić, czy to dobra droga

[marek1707 2652]

Ech, SOYER, taka duży a taki.. Przecież panele - jak każde źródło energii elektrycznej nie pompują swojej mocy "na siłę" do obciążenia. Aktualna moc jaką dysponują jest parametrem "potencjalnym": możesz z nich ją pobrać, ale nie musisz. A inwerter oczywiście pobiera tyle ile chce (albo ile jego obciążenie potrzebuje) - więc jest bezpieczny. To tak jak w gniazdku w ścianie: potencjalnie ma powiedzmy 2.3kW (230V*10A) a przecież nie zamienia w dymiące szczątki lampki 60W. Natomiast powstaje pytanie skąd wiadomo jaką mocą dysponują akurat panele. I to jest problem na tyle poważny, że do dziś nie ma w ogólności dobrego rozwiązania. Najprostszy pomysł to taki, aby obciążać je maksymalnie jak się da, ale nie bardziej, np. kontrolując napięcie. Powiedzmy, że mając panele dające bez obciążenia w pełnym słońcu 100V możemy uznać, że sensowne minimum napięcia to np. połowa. Wtedy tak projektujesz inwerter (lub cokolwiek co do nich podłączasz) by całkowicie przerywało pracę gdy napięcie spadnie do tego progu. To proste, ale też bardzo nieoptymalne rozwiązanie bo jest oczywiste, że nie sprawdzamy tu mocy a jedynie jeden jej czynnik. Nawiasem mówiąc tak działa większość tanich inwerterów do paneli słonecznych, ładujących np. akumulatory ołowiowe. Można wyobrazić sobie lepszy pomysł: kontrolę mocy. Robisz urządzenie (przetwornicę, inwerter) które na bieżąco mierzy moc jaką pobiera z paneli (i oczywiście przekazuje do obciążenia, bo jeśli już ją pobierze a nie odda na wyjście , to nie może jej spożytkować inaczej jak przez grzanie się). No ale pytanie jest nadal aktualne: ile mocy można w danej chwili z paneli pobrać? Wymyślono kilka mniej lub bardziej wyrafinowanych algorytmów z których najprostszy to tzw. P&O - Perturb and Observe. Pobieramy w nim jakąś moc, która jak wiadomo jest iloczynem prądu i napięcia i co chwila (np. raz na sekundę) próbujemy zmienić jeden z tych czynników, np. wciągamy delikatnie więcej prądu (np. +5%) i mierzymy nową moc. Jeżeli spadła (bo mimo wzrostu prądu napięcie spadło tak że iloczyn się zmniejszył) to słabo i wracamy do sytuacji sprzed zmiany prądu - panele więcej prądu nie mogą. Może zatem zmniejszenie prądu zwiększy moc? Zmniejszamy i znów próbujemy policzyć nową moc. Jeżeli w którymś z przypadków moc wzrosła cieszymy się i ten nowy prąd jest na najbliższą sekundę prądem obowiązującym/ Dzięki temu urządzenie na bieżąco śledzi możliwości panelu i tak dopasowuje moc z nich wyciąganą, by ta była największa możliwa. Jak przyjdzie chmurka to moc paneli spada, ale dzięki algorytmowi MPPT (bo to właśnie tak się nazywa: Maximum Power Point Tracking) inwerter pobiera zawsze wszystko co panel może w danej chwili wyprodukować.

U Ciebie sytuacja jest o tyle nienormalna, że panele przewyższają mocą odbiornik, zatem może zajść sytuacja gdy inwerter osiągnie maksimum swoich możliwości (wszystko jedno czy ma MPPT czy nie) i wciąż pozostanie zapas. Taka sytuacja może zajść także wtedy - i to jest zupełnie normalne - gdy odbiorniki podłączone do inwertera zwyczajnie nie będą aktualnej mocy paneli potrzebować: będzie dobre Słońce, akumulatory będą naładowane a lampy pogaszone. Wtedy także panele będą stały niewykorzystane, ale przecież niczego nie spalą. Jedynym objawem takiej sytuacji jest wzrost napięcia na ich zaciskach. I to możesz wykorzystać. Przede wszystkim musisz poznać ich ch-ki napięciowo- prądowe i tzw. punkt mocy maksymalnej. Zwykle leży on gdzieś w okolicach 70-80% napięcia "biegu luzem", ale oczywiście zależy od nasłonecznienia. Możesz przyjąć poziom 80-90% i jeśli napięcie paneli jest wyższe , zupełnie spokojnie możesz im podłączyć "bokiem" jakieś obciążenie, bo inwerter nie "zasysa". Najlepiej byłoby wiedzieć, kiedy inwerter jest w stanie śledzenia punktu mocy maksymalnej tj. kiedy odbiorniki potrzebują więcej mocy niż aktualnie dysponują panele. W tym stanie każdy dodatkowy odbiornik podłączony "bokiem" wprost do paneli zmniejszy to co "widzi" inwerter i jego MPPT. Natomiast jeśli inwerter nie zasysa wszystkiego co panel w danej chwili może wyprodukować (tj. MPPT nie działa bo tyle mocy nie potrzeba i nie ma jej deficytu) to bezkarnie możesz się podłączać. Może masz tam jakąś diodkę czy coś?

[SOYER 248]

@marek1707 jest jakaś dziedzina elektroniki o której nie masz pojęcia ;)? 

Dzięki za wyczerpujący i pouczający wykład. Można czerpać wiedzę garściami. 

Teraz mój wniosek, przyjmując że napięcie Vmp na powiedzmy 31V, mnożę razy ilość paneli i razy powiedzmy 95%. Mierzę napięcie na stringu i jeśli jest wyższe niż wyszło z obliczenia załączam dodatkowy odbiornik. Zgadza się? 

[marek1707 2652]

2 godziny temu, SOYER napisał:

Zgadza się?

I tak i nie. Tak, bo kontrola napięcia paneli to chyba jedyny pomysł na wykradanie ich mocy z boku. Nie, bo nie wiem czy liczby są dobre. Problem w tym, że Vmp zmienia się wraz z nasłonecznieniem - gdyby było stałe, cała rzecz pt. MPPT byłaby trywialna. Przecież wystarczyłoby tak regulować moc by stabilizować napięcie paneli w tym punkcie. A ponieważ Vmp pływa, to trudno powiedzieć gdzie dla danego panelu jest leży próg powyżej którego można kraść moc inwerterowi z MPPT w danej chwili. Popatrz:

Te grube to ch-ki prądowo-napięciowe panelu dla różnych mocy promieniowania czyli dla różnego oświetlenia. Kreślone są we współrzędnych dolno-lewych czyli I=f(U). Widać wyraźnie, że bez prądu wszystkie krzywe zbiegają się prawie do jednego punktu po prawej stronie na dole. To oznacza, że gdy nie pobierasz prądu to napięcie panelu prawie nie zależy od Słońca. Oczywiście, jeśli oświetlisz go lampką z biurka to napięcie może być dowolne, nawet bliskie zeru lub gdzieś w połowie nominalnego, ale to nie są warunki dla których budujesz instalację na dachu. Zaczynamy bawić się gdzieś od 100W/m2, czyli Słońca (a nie Księżyca) za białymi chmurami. Wzrost oświetlenia daje wzrost prądu - to widać na tych poziomych odcinkach grubych linii a ich "poziomość" oznacza, że panel jest de facto źródłem prądowym. Niezależnie od tego jakie napięcie pozwolisz mu mieć na zaciskach (jak bardzo go zdusisz odbiornikiem energii) to prądu dostaniesz w stałych warunkach oświetlenia w zasadzie tyle samo. To jest najważniejsza różnica względem gniazdka w ścianie. W przypadku sieci 230VAC masz stałe napięcie a moc jest ograniczona jedynie możliwościami instalacji. Panel jako źródło prądowe możesz nawet zewrzeć i wciąż będzie płynęło tyle Amperów ile Słońce w danej chwili w nim produkuje. Wtedy moc odbierana będzie zerowa, bo U=0. Z kolei gdy nic nie podłączysz, I=0 więc jest oczywiste, że gdzieś pomiędzy tymi punktami moc będzie największa. I dlatego tak ważny jest pomiar mocy i poszukiwanie punktu MP. Krzywe mocy masz tutaj w postaci "trójkątów" rysowanych we współrzędnych dolno-prawych. Każdy punkt na trójkątach mocy powstał przez wymnożenie prądu i odpowiadającego mu napięcia z grubej krzywej. Masz zatem rodzinę trójkątów a Ciebie interesują ich górne wierzchołki,m bo to właśnie są punkty mocy maksymalnej dla danego oświetlenia. Gdy przyjrzysz się bliżej to zauważysz, że wierzchołki te nie leżą na jednej pionowej linii tylko na jakiejś krzywej (wyrysuj sobie ołówkiem na wydruku) pochylonej w prawo. Po tej krzywej "porusza" się algorytm MPPT próbując znaleźć wierzchołek trójkąta mocy panelu obowiązujący dla aktualnego oświetlenia. Pochylenie oznacza, że im większe oświetlenie tym napięcie punktu MP jest wyższe. Z tego też widać, że dla tego akurat panelu raczej nie będzie wyższe niż jakieś 17.5V mimo napięcia na otwartych zaciskach rzędu 21-22V . Powyżej tych 17.5V można śmiało przyjąć, że panel ma naddatek mocy bo aktualnie podłączone do niego odbiorniki nie "zdusiły" go do punktu MP albo nawet poniżej (jeśli nie "umieją" MPPT). Przy niższym oświetleniu napięcie Vmp jest niższe (wierzchołki niższych trójkątów leżą coraz bardziej w lewo na osi napięć) i można by załączać dodatkowe obciążenie wcześniej, ale żeby z tego skorzystać trzeba by znać natężenie promieniowania.

Tak więc nie wiem, czy akurat dla Twoich paneli to będzie to 31V czy coś innego. Musisz mieć dla nich taki wykres jak ten powyżej. Jest to podstawowy opis panelu słonecznego każdy producent powinien go dostarczać. Można to oczywiście zdjąć samemu przez proste pomiary przy pomocy zestawu oporników lub regulowanego obciążenia elektronicznego  w stałych warunkach oświetlenia. Możesz od biedy skorzystać ze znanego napięcia Vmp i jeśli jest to rzeczywiście punkt mocy maksymalnej dla maksymalnego oświetlenia tego panelu, to możesz założyć, że wszystko co powyżej to panel chodzący "luzem", czyli niedociążony. Dodaj jakiś margines np. 5% (plus niestety zmiany od temperatury - te wypadałoby śledzić, bo przecież na dachu masz potężne łańcuchy diod krzemowych) i chyba możesz zacząć rysować jakiś detektor napięcia z kompensacją temperaturową przy pomocy czujnika gdzieś przy panelu...

Edytowano Październik 15, 2019 przez marek1707
Coś pokręciłem z obrazkiem..

[SOYER 248]

ok, przeczytałem dwa razy i wiem o co Ci chodzi. W miarę. 

Jeszcze jedna sprawa, jak to się wszystko ma do tego, że inwerter odbiera mi (prawie) zawsze całość energi, po zamianie na AC część zużywa na bieżąco, a część idzie do sieci i później w razie potrzeby odbieram z tego z potrąceniem 20%.

Mnie interesuje sytuacja: słonecznie, w miarę chłodno, panele dają swoje 100%(lub więcej), inwerter nie wyrabia(parametry w pierwszym poście), tracę energię. Wprawdzie według mądrych głów, przy przrwymiarowaniu paneli względem inwertera do 15%, roczne straty nie przekraczają 0.5%...ale jednak są... 

W takiej i tylko takiej sytuacji potrzebuję podkraść z DC całą tą nadwyżkę, a nawet więcej, może wtedy iść więcej na dodatkowy odbiornik(grzałka CWU), a mniej do TAURONA... 

[marek1707 2652]

Jeżeli ten inwerter oddaje całą nadwyżkę do sieci, to rzeczywiście sytuacja w której masz "górkę" mocy przy bardzo niewielkim przewymiarowaniu paneli będzie bardzo rzadka i jestem w stanie uwierzyć w te 0.5%. Oświetlenie słoneczne jest bardzo nierówne z samej zasady (dzień, noc, chmury, mgła itd) a do tego dochodzi jeszcze kąt oświetlenia. Zwykłe konstrukcje przydomowe nie śledzą przecież Słońca i tak mały procent bierze się właśnie z rzadkości sytuacji gdy 100% mocy promieniowania naszej gwiazdy pada pod kątem prawie dokładnie 90° w stosunku do nachylonego panelu. To może być pół godziny około południa w bardzo pogodny dzień - tylko wtedy Twoje baterie osiągną moc maksymalną i tylko wtedy jest szansa, że inwerter za nimi "nie nadąży". Wtedy napięcie na nich wzrośnie powyżej punktu Vmp, Twój układzik to wykryje i załączy co tam trzeba. Ponieważ tej nadwyżki nie masz wcale tak dużo, to podłączany dodatkowy odbiornik nie może być za "ciężki", bo wtedy napięcie spadnie i detektor napięcia natychmiast go odłączy. Przecież wciąż pracuje inwerter starający się zassać wszystko. Moc pobieraną w takiej sytuacji będziesz musiał dobrać eksperymentalnie żeby nie przesadzić i nie wejść w obszar pracy inwetera. Jeśli to się stanie, "zobaczy" on spadek mocy paneli jakby przyszła chmura i dopasuje sie do nowych warunków automatycznie. To oczywiście nic złego, ale przeczy idei prostego detektora napięcia i zakładanemu niezakłócaniu pracy instalacji.

BTW: Jak chcesz przejść z wysokiego napięcia DC paneli na coś, co łyknie grzałka, która pewnie lubi 230VAC napięcia skutecznego?

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay