Smarter Leistungs-Steller zum Verwerten der Überschuss-Energie von PV-Anlagen

Begonnen von John, 07 Mai 2023, 00:02:33

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John

Kaum hat man ein Balkonkraftwerk, gelangt man bald zur Erkenntnis, daß die erzeugte Energie praktisch nie mit dem tatsächlichen Bedarf übereinstimmt.
Vor allem schmerzt es, wenn die erzeugte Energie den Bedarf übersteigt.

Man kommt bald auf die Idee, die überschüssige elektische Energie an anderer Stelle, wie der Warmwasser-Erwärmung zu verwenden.

Der hier vorgestellte Leistungs-Steller ist zwar nicht stufenlos stellbar, aber doch in sehr vielen Stufen via Wellenpaket-Steuerung steuerbar.

Das nachfolgende Schema zeigt den prinzipiellen Aufbau:

Du darfst diesen Dateianhang nicht ansehen.

Der Tasmota-Controller (2) erfasst den aktuellen elektrischen Leistungs-Bezug über den IR_Sensor (1) direkt vom digitalen Zähler des Versorgers.

Er kann auch den Regler für die Überschuss-Kompensation implementieren (z.B. 3.-Punkt-Regler) und direkt die Stellbefehle an den Leistungs-Steller (3) übertragen.
(Das kann natürlich auch via FHEM oder andere SmartHome-Systeme erfolgen)

Tasmota-32 beherrscht PWM (pulse width modulation) mit den interessanten Frequenzen von 2 Hz, 5 Hz und 10 Hz.

Damit kann man in Verbindung mit einem Solid-State-Relais (mit Zero-Cross-Circuit) die Wellenpaket-Steuerung implementieren,
indem die Pulsdauer stets ein Vielfaches von 20 ms beträgt.

Bei einer PWM-Frequenz von 2Hz ergeben sich somit 25 Stellmöglichkeiten bei Vollwellen-Steuerung, die doppelte Anzahl, wenn man mit Halbwellen arbeitet.

Die Integrationszeit meines digitalen Stromzählers scheint deutlich über 500 ms zu liegen, da er klaglos die Modulation "schluckt".

Im Ergebnis liegt mein Stromverbrauch in den Sonnenstunden beim Grundverbrauchs-Szenario nahe der Null-Linie.

Gleichzeitig wird mit dem Überschuss-Strom das Warm-Wasser erwärmt.

Die Komponenten-Kosten (2x ESP32, IR-Lesekopf, Heizstab, SSR)  liegen bei ca. 150 EUR zuzüglich Montage-Material.

Mit dem genannten Kosten-Budget ist die Verwertung der Überschuss-Energie auch für Balkonkraftwerke wirtschaftlich halbwegs darstellbar.


John
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schwatter

Moin,

wieviel Watt kann dein Leistungssteller ab? Ich habe momentan als Übergangslösung auch eine Heiztab in Betrieb.
1,5kw welcher bei 1,7kw dumm dazugeschaltet wird.
Hatte aber die Überlegung auf Phasenschnitt zu gehen. Mit einem Shelly RGBW2 + Kemo m240.
Da wären dann ca 2kw drinne mit empfohlener Kühlung des Kemo's.

Gruß schwatter
 

M.Schulze

Hallo,

wäre natürlich schöner wenn du hier eine Lösung mit FHEM vorstellst.
Also Zählerwerte 1-0:1.8.0*255 und 1-0:2.8.0*255 im Sekundentakt nach FHEM holen, und dann ...  verbrauchen.

Ist das eine PTC Heizpatrone? Hast du mal getestet wie hoch die heizt bei Fehlfunktion?

Welchen "Zero-Cross-Circuit" nehmen? Gibt es da einen fertigen?

MfG
Muss ich das Licht aus machen?

John

Hallo, Schwatter.

Die Leistung hängt nur vom verwendeten SSR ab. Meines kann 1,1 kW verarbeiten.

Phasenanschnitt ist meines Wissens nur bis 200 W erlaubt.
Bei eine Leistung von 1,5 kW musst du mit einer enormen ,, Verschmutzung" deiner Haus-Installation rechnen.

Genau an dieser Stelle ist die Leistungssteuerung über Wellenpakete von großem Vorteil. Hier wird im  Null-Durchgang geschaltet.

John
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John

Hallo M.Schulze

der Fokus meines Beitrags liegt bei der Umsetzung des Leistungs-Stellers.

  • es ist völlig unerheblich mit welcher Leistung man arbeitet, das Konzept bleibt dasselbe, das Solid-State-Relais kann nach Anforderung angepasst werden
  • auch der Heizstab ist in weiten Grenzen frei wählbar (Bi-Metall Regler+STB, möglichst keine Elekronik)
  • die Umsetzung der Wellenpaketsteuerung mit Tasmota32 ist der eigentliche "Clou" des Konzeptes

Ist das eine PTC Heizpatrone? Hast du mal getestet wie hoch die heizt bei Fehlfunktion?

  • ja ich verwende eine PTC-Patrone, Fehlfunktionen müssen auch bedacht werden, aber die Auswahl des Heizstabes sollte hier nicht im Mittelpunkt stehen


Welchen "Zero-Cross-Circuit" nehmen? Gibt es da einen fertigen?

  • SSR Grundlagen
  • es gibt tatsächlich sehr viele davon, wichtig ist, dass diese im Nulldurchgang schalten und einen uC-kompatiblen Eingang 0-3.3 V aufweisen
  • ich verwende diesen hier mit der geringsten Leistung von 1.1 kW
Mit dem vorliegenden Konzept kann ich meinen Verbrauch in Schritten von ca. 30 Watt dynamisch anpassen und so den Überschuss kompensieren.
Vor dieser Maßnahme gelangten bei Sonnenschein 2/3 des Ertrages in das öffentliche Netz, ich denke dass ich bei <= 5% landen werde.
John
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M.Schulze

Zitat von: John am 07 Mai 2023, 17:57:11
  • die Umsetzung der Wellenpaketsteuerung mit Tasmota32 ist der eigentliche "Clou" des Konzeptes

Heißt das du gibst ein PWM Signal in ein SSR Relay - das nur bei Zero-Cross schaltet? Ist das nicht Pfusch?


Ich hätte erwartet, dass ein "Zero-Cross-Circuit" einen Interrupt auslöst, der dann das SSR Relay schaltet, und ggf. am Ende der Welle dimmt.
Muss ich das Licht aus machen?

John

Zitat von: M.Schulze am 07 Mai 2023, 18:43:16Heißt das du gibst ein PWM Signal in ein SSR Relay - das nur bei Zero-Cross schaltet?

Richtig


ZitatIst das nicht Pfusch?
Warum das denn ?

Ist nicht am Ende das Ergebnis wichtig?

  • die technischen Regeln werden weitgehend eingehalten
  • das Ziel der Überschuss-Kompensation wird erreicht
  • das alles mit einer Standard-Software ohne proprietären Anteil

Die bessere Lösung war schon immer der Feind der guten Lösung.

Lass es uns wissen, wenn es soweit ist. ;)

John


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schwatter

Zitat von: John am 07 Mai 2023, 16:23:14Hallo, Schwatter.

Die Leistung hängt nur vom verwendeten SSR ab. Meines kann 1,1 kW verarbeiten.

Phasenanschnitt ist meines Wissens nur bis 200 W erlaubt.
Bei eine Leistung von 1,5 kW musst du mit einer enormen ,, Verschmutzung" deiner Haus-Installation rechnen.

Genau an dieser Stelle ist die Leistungssteuerung über Wellenpakete von großem Vorteil. Hier wird im  Null-Durchgang geschaltet.

John


Ok, ich habe die Infos wohl falsch sortiert. Ich dachte, Phasenschnitt wäre PWM vorzuziehen. Den Kemo hatte ich von hier.
https://www.mikrocontroller.net/topic/500947

Aber jetzt wo ich es nochmal überflogen habe, wird dort auch weit unten PWM mit 5Vollwellen und 10Halbwellen empfohlen.
Neigt PWM bei dir eigentlich zum brummen?

Gruß schwatter

John

ZitatNeigt PWM bei dir eigentlich zum brummen?

Nein, bei mir ist absolut nichts zu hören.

John
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M.Schulze

Angeblich wurde bei Tasmota (für ESP32) vor 2 Wochen  "Support for Zero-Cross Dimmer" hinzugefügt. [change 12.5.0.2]

Würde ich bevorzugen, statt mit PWM auf ein SSR zu gehen. Könntest ja das SSR weiter verwenden und nur noch das Zero-Cross Signal holen.

MfG

Muss ich das Licht aus machen?

Papa Romeo

...die richtige Lötspitzentemperatur prüft man zwischen Daumen und Zeigefinger.
...überlasse niemals etwas einer Software, das du hardwaremässig erreichen kannst.
...unvorsichtige Elektriker werden schnell zu leitenden Angestellten.
und...never change a running System...no Updates if not necessary

John

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John

Zitat von: Papa Romeo am 08 Mai 2023, 12:05:38... ich hab's so realisiert ...

https://de.aliexpress.com/item/1005001946082977.html?spm=a2g0o.order_list.order_list_main.89.402d5c5fh83WIx&gatewayAdapt=glo2deu

LG
Papa Romeo
Hallo Papa Romeo,

wenn ich das richtig sehe, ist das ein SSR mit Phasenanschnitt.

Man muss hier mit den Oberwellen zurecht kommen und hoffen, dass andere Geräte das nicht übel nehmen.

John



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John

Nachfolgend eine Darstellung zum Leistung-Steller bzw. Heizpatrone.
Die rot markierten Bereiche zeigen die Phase in der PV-Überschuss kompensiert wird.

Du darfst diesen Dateianhang nicht ansehen.

John
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DerD

Hi John,
finde die Lösung ganz schick. Kleine Einzelmodule, jedes für seine Einzelaufgabe konzipiert. Besonders den Tasmota einfach PWM auszugeben, und die Synchronisation auf das Netz den SSR machen zu lassen. Ich meine, Pulswellensteuerung sollte mehr in die Köpfe, gerade bei Heizelementen braucht es keinen Phasenan- oder abschnitt.

Aber wieso PTC-Heizelement? Die Schrittweite der Leistungsregelung wäre damit ja von der Temperatur im Boiler abhängig. Aber ich gebe zu, deren Kennlinie kenne ich auch nicht.

Hatte deine Entscheidung für Tasmota denn einen bestimmten Grund? Niederfrequenz-PWM gäbe es ja auch auf ESP-easy.
Gruß,
Dieter