資料介紹
描述
它有什么作用,為什么?
作為一個自豪的小型光伏系統(tǒng)的所有者,令我感到痛苦的是,我?guī)缀鯖]有回報地出口大部分發(fā)電量,而在太陽下山時以更高的價格進(jìn)口。
白天用多余的太陽能為電熱水儲水箱“充電”,而不是將其輸出到電網(wǎng),這在某種程度上可以彌補(bǔ)不平衡、節(jié)省資金和保護(hù)地球。
該項(xiàng)目旨在滿足以下要求:
- 每天將水加熱到最低溫度,以防止軍團(tuán)病和冷水淋浴。
- 僅在沒有足夠的多余太陽能以達(dá)到每日最低溫度時才輸入電力。
- 下午 3 點(diǎn)到晚上 9 點(diǎn)之間禁止供電(高峰電費(fèi))。
- 最小的射頻干擾。
確定可用功率:
為了確定發(fā)送到加熱元件的功率量,系統(tǒng)需要知道“房子”是輸入還是輸出功率。在我的例子中,此信息是通過對基于 NodeMCU 的 4 象限功率計(jì)的 HTTP 請求獲得的,這不是該項(xiàng)目的一部分。
HTTP 的替代方案:在 ESP32 上實(shí)施太陽能分流器(這樣您就有多個模擬輸入)并使用 analogueRead() 讀取以下項(xiàng)目的輸出以獲得功率導(dǎo)入/導(dǎo)出讀數(shù)。您可能需要添加一個運(yùn)算放大器電路或類似的東西來將可用電壓范圍轉(zhuǎn)換為更適合 ADC 的電壓范圍。
硬件
主要組件是一個溫度傳感器,我把它推到水箱周圍的絕緣層下,一個固態(tài)繼電器驅(qū)動加熱元件,一個基于 NodeMCU/ESP8266 的控制器提供智能。
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負(fù)載控制
必須以平衡產(chǎn)生的多余太陽能的方式來控制加熱功率。
最明顯的方法是使用“相位延遲”開關(guān)三端雙向可控硅開關(guān)元件,但這會產(chǎn)生大量 RFI。或者,可以使用繼電器或雙向晶閘管定期打開/關(guān)閉電源:沒有 RFI,但電表將記錄交替的輸出和輸入,而不僅僅是零消耗。
快樂的中位數(shù):一個“突發(fā)式”開關(guān)固態(tài)接觸器(過零),它在 36 周期突發(fā)周期(50Hz 網(wǎng)格)的可變部分關(guān)閉。實(shí)際上,這仍然是開/關(guān)原則,但速度足夠快,電表記錄平均消耗而不是單獨(dú)的導(dǎo)入/導(dǎo)出事件。
選擇“36”個周期是因?yàn)榧訜嵩?3600W,因此每個“開啟”周期都會增加一個易于記憶的 100W 功率。
駕駛SSR :
TRIAC 的輸入由軟件定時器 (ssr_control_fun) 在每個電源周期 (= 20 ms) 上的回調(diào)確定,每個周期編號為 [0..35]。
循環(huán)是“開”還是“關(guān)”由 3 個變量控制:
- bBoost:表示我們必須以最大速率加熱,以便在下午 3 點(diǎn)之前達(dá)到所需的水溫。
- nDivertCycles:仍然導(dǎo)致凈導(dǎo)出的最大“開啟”周期數(shù)。
- nLimitCycles:加熱元件與內(nèi)置機(jī)械恒溫器一起位于水箱底部。水箱依靠對流將熱量從底部元件傳輸?shù)剿漤敳俊?/font>不幸的是,在全功率下,恒溫器會在水箱完全“充電”之前啟動。在恒溫器再次關(guān)閉電路之前,溫度需要下降近 10 度。同時,可能會浪費(fèi)大量太陽能…… 值會限制在水溫接近恒溫器觸發(fā)點(diǎn)時發(fā)送到水箱的功率,從而允許更長的滲透時間。
// Cycles per period to divert excess power.
static int16_t nDivertCycles;
// Max cycles per period to prevent the thermostat from triggering early.
static int16_t nLimitCycles;
// Max power boost is required to reach by .
static bool bBoost;
static void ssr_control_fun( void * )
// Runs on a 20msec timer, i.e. once every mains cycle.
// counts cycles, turns off power after the specified # of cycles,
// resets at the end of the PWM period.
{
static int16_t iCurrentCycle; // Current cycle counter.
// Turn on SSR until we have reached nDivertCycles, or when we need to boost.
digitalWrite
( ssrControlPin,
( bBoost // Always on when boosting.
|| (haveImport && (iCurrentCycle < nDivertCycles))// or when diversion is on
)
&& (iCurrentCycle < nLimitCycles) // either way, never exceed temp based power limit.
);
// Give each cycle a number 0..PwmCycles-1
iCurrentCycle = (iCurrentCycle+1) % PwmCycles;
}
促進(jìn):
我們需要在每天下午 3 點(diǎn)之前達(dá)到 :我們估計(jì)從當(dāng)前溫度到 應(yīng)用全功率需要多長時間。=67>如果晚于下一個下午 3 點(diǎn),則激活“提升”。估計(jì)時間基于一組 10 度溫度間隔,其中包含應(yīng)用滿載時估計(jì)度數(shù)/小時的增加。
// Target temperature to aim for by TargetTOD
#define TargetTemp 67
// Time-of-day after which only solar power should be used (secs)
// (start of peak tariff)
#define TargetTOD (15 * SECS_PER_HOUR)
// Estimated average temperature rise for every hour under 100% power (C/hr)
// The rate varies depending on temp in 10 degree increments, starting at 0.
static const uint8_t heating_rates[] =
{ 15, 15, 13, 11, 9, 7, 6, 6, 6 };
// start-temp 0 10 20 30 40 50 60 70 80
static float heatingTime( const float from, const float to ) {....}
// estimated time in hours to reach starting at
static void updateBoost(const uint32_t utc, const float curTemp) {....}
// Check if it is still possible to reach by at less
// than full power. If not, start a 15 min timer to turn on full power.
// The timer is prevent unnecessary boosts (which cost money) due to temporary
// temperature reductions when the hot tap is opened and cold water flows in.
轉(zhuǎn)移周期:
轉(zhuǎn)移的功率量通過 nDivertCycles 控制,應(yīng)用 36 個功率中的循環(huán)數(shù)。該值通過一個簡單的反饋回路確定:系統(tǒng)每 10 秒檢查一次當(dāng)前功率輸出/輸入水平并調(diào)整活動周期數(shù)以獲得 0 到 100W 之間的輸出。
static void updateDivertCycles( const int16_t exp )
// Updates nDivertCycles to match spare power.
極限循環(huán):
(可選)為了最大化存儲容??量,我們需要防止內(nèi)置在水箱中的機(jī)械恒溫器斷開電路。這發(fā)生在大約 69℃。不幸的是,在全功率下,水箱內(nèi)的溫度分布使得我靠在水箱壁上的傳感器不能很好地指示內(nèi)置恒溫器的溫度。所以我們需要降低功率,以便在不觸發(fā)恒溫器的情況下進(jìn)一步加熱水箱。
這是通過線性減少最大值來完成的。在 67 和 69℃ 之間從 100% 到 12.5% 的活性循環(huán)數(shù)。
static void updateLimitCycles( const float curTemp )
// Limit the duty-cycle when water temperature exceeds TargetTemp
當(dāng)?shù)貢r間:
該系統(tǒng)旨在每天在同一當(dāng)?shù)貢r間完成對水的加熱。因此,它需要訪問時間服務(wù)器以獲取 UTC,并將 UTC 轉(zhuǎn)換為本地時間,同時考慮夏令時的變化。
獲得 UTC 是相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的。本地時間的轉(zhuǎn)換由“timeZone”庫模塊提供(根據(jù) Jack Christensen 的設(shè)計(jì)稍作修改)。timeZone 模塊為澳大利亞維多利亞州提供轉(zhuǎn)換例程和單一時區(qū)規(guī)范。您需要修改/添加您所在地區(qū)的 TZ 規(guī)范。
// Victoria, Oz timezone
static TimeChangeRule aeST = {"AEST", First, Sun, Apr, 3, 600}; // UTC + 10 hours
static TimeChangeRule aeDT = {"AEDT", First, Sun, Oct, 2, 660}; // UTC + 11 hours
Timezone ae(aeDT, aeST);
solar_diverter_report.ino:
#include // settimeofday_cb()
#include
const uint32_t utc = utcTime();
const uint32_t localTime = ae.toLocal( utc );
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控:
該系統(tǒng)包括許多 http/svg 網(wǎng)頁,提供多個時間尺度上的溫度/功率歷史記錄。提供了代碼,但沒有記錄......
?
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