Сайт поддержки SV701

Зеленая энергетика неумолимо входит в нашу повседневную жизнь. Многие домохозяйства уже обзавелись небольшими солнечными электростанциями, основой которых является гибридный солнечный инвертор. Часто это бюджетные инверторы, которые производятся в Китае или Тайване.

Однако владельцы таких станций часто сталкиваются с проблемой избыточной солнечной генерации, когда панели вырабатывают больше энергии, чем потребляется в данный момент. Мы предлагаем эффективное решение этой задачи с помощью устройства SV701.

Способы утилизации избытка солнечной энергии

1. Использование on-grid инверторов

On-grid инверторы позволяют сбрасывать избыточную энергию во внешнюю электрическую сеть. Это технически хороший вариант, но он сопряжен с рядом сложностей:

• Высокая стоимость таких инверторов по сравнению с off-grid моделями;
• Бюрократические сложности, связанные с оформлением генерации в сеть;
• Проблемы с сертификацией. Многие бюджетные инверторы не имеют нужных сертификатов для генерации в сеть;
• Необходимость покупки дополнительного оборудования (двунаправленные электросчетчики и устройства контроля качества генерации);
• Низкие тарифы на обратную генерацию в некоторых странах;
• Отсутствие доступа к внешней сети в удаленных регионах, во время стихийных бедствий или военных действий.

2. Полезная нагрузка для избыточной энергии

Более доступным решением является использование дополнительной полезной нагрузки для утилизации избытка солнечной энергии. Энергоемкие устройства, такие как электрические водонагреватели или обогреватели, уже присутствуют во многих домах. Однако они имеют фиксированное потребление, а избыточная энергия от солнечных панелей — величина переменная, зависящая от времени суток, погоды и уровня заряда аккумуляторов.

Некоторые премиальные инверторы умеют сбрасывать избыточную солнечную энергию на дополнительный порт с помощью функции SmartLoad. Но бюджетные инверторы лишены такой функции. Именно для таких инверторов изначально и было создано устройство SV701, которое обеспечивает управление дополнительной нагрузкой и утилизацию лишней энергии. Позже мы получили запросы и от владельцев инверторов, которые имеют штатную функцию SmartLoad. Оказалось, что эта функция работает через заряд-разряд аккумулятора и не всем подходит. Теперь мы добавили поддержку и таких инверторов.

Устройство управляет твердотельным реле и может работать в двух режимах. Первый режим это обычный диммер с ручной регулировкой выходной мощности. Второй режим это "умная регулировка" мощности, которая позволяет отбирать только избыточную мощность солнечных батарей.

Теоретические основы

Рассмотрим как это работает. Любой солнечный гибридный инвертор имеет в своем составе блок контроля точки максимальной мощности солнечных панелей (MPPT), который позволяет снять с них максимум мощности при текущей освещенности. Существует несколько алгоритмов поиска этой точки и заранее неизвестно какой именно алгоритм использует конкретный инвертор. Объединяет их то, что все они определяют точку максимальной мощности на вольт-амперной характеристике солнечной панели всегда в достаточно узком диапазоне по напряжению, который находится примерно в зоне 0.7-0.8 по отношению к напряжению холостого хода солнечной системы. Также одинаково ведут себя все инверторы в случае когда мощность солнечной энергии от панелей начинает превышать мощность всех его потребителей. В этом случае они «выходят» из точки максимальной мощности для снижения мощности генерации путем повышения напряжения на солнечном входе. Понаблюдайте за показателями своего солнечного инвертора, когда у него достаточно нагрузки, чтобы утилизировать всю солнечную энергию. Вы убедитесь, что напряжение солнечного входа в этот момент всегда находится в определенном узком диапазоне. Теперь понаблюдайте за ним, когда нагрузки инвертора недостаточно для поглощения всей солнечной энергии. Вы увидите, что напряжение вышло из того узкого диапазона и повысилось.

Графически это проиллюстрировано на рисунке ниже. Там представлены типовые зависимости тока от напряжения и мощности от напряжения для для солнечного элемента. На этих графиках показано куда инвертор перемещает точку отбора мощности в случае избытка солнечной энергии.

Вот эту закономерность и использует SV701 для управляемого повышения или понижения нагрузки инвертора, чтобы вернуть систему в зону максимальной мощности. Как было сказано выше, существует несколько алгоритмов поиска точки максимальной мощности. Самый простой метод называется Метод фиксированного напряжения. Он фиксирует напряжение в одной точке этого диапазона 0.7-0.8 от напряжения холостого хода. Из-за этого он немного проигрывает другим методам по эффективности, зато существенно выигрывает у них по надежности и быстродействию. SV701 работает по этому методу и организует второй, внешний по отношению к инвертору контур поиска точки максимальной мощности! Устройство опрашивает инвертор один раз в секунду и оперативно регулирует нагрузку.

Бойлер тоже аккумулятор :)

Хотелось бы отдельно остановиться на таком энергопотребителе как электрический бойлер. Многие владельцы солнечных инверторов рассматривают его как досадную и прожорливую нагрузку для своей системы. Если подключать бойлер напрямую к инвертору, действительно это так и есть. Но использование бойлера совместно с нашим SV701 позволяет посмотреть на это с другой стороны. Горячая вода всегда нужна в бытовом использовании. Для нагрева 100л воды на 50градусов (с 20С до 70С) действительно нужно затратить достаточно много электроэнергии - около 5.8 кВтч. Но бойлер ведь можно рассматривать и как накопитель энергии! При хорошей термоизоляции он сохраняет тепловую энергию достаточно долго. При этом стоимость такого накопителя на 5.8кВтч будет на порядок ниже стоимости соизмеримой электрической аккумуляторной батареи. Поэтому туда вполне разумно сбрасывать "лишнюю" электрическую энергию и затем использовать горячую воду по мере необходимости. Причем SV701 позволяет это делать в "умном режиме" не допуская перегрузки инвертора.

Другой альтернативной нагрузкой для SV701 могут быть иные виды нагревателей. Например вспомогательный нагреватель для отопления дома в холодное время года или нагреватель для бассейна в теплое время.

Работа устройства

В старых версиях прошивок 1.хх управление режимами работы устройства осуществляется с помощью джамперов на плате и Андроид-приложения BtControl700 на смартфоне. В новых прошивках 2.xx управление устройством осуществляется полностью из приложения BtControl702.

Возможные схемы подключения устройства показаны на этой странице. Сначала необходимо подключить SV701 к инвертору без подключения нагрузки к твердотельному реле и убедиться, что на устройство подается питание. Это будет видно по индикаторным светодиодам, расположенным на разъеме RJ45. Левый светодиод индицирует передачу запроса данных, правый светодиод индицирует ответ инвертора. Эти светодиоды разного цвета, конкретные цвета могут отличаться в разных исполнениях разъема. Обмен данными происходит один раз в секунду. Если оба светодиода не мигают, значит устройство не получает питание по кабелю от инвертора. Необходимо проверить распайку этого кабеля. Если мигает только левый светодиод, то устройство не получает ответ от инвертора. Причина может быть опять в неправильной распайке кабеля или в несоответствии протокола обмена. Протокол обмена можна будет изменить позже в приложении BtControl702.

Управление через Андроид приложение

Последнюю версию приложения BtControl702 под Андроид можно скачать на странице загрузок. Сначала нужно установить блютуз соединение с устройством штатными средствами операционной системы Андроид. Задайте поиск устройств. Наш SV701 будет виден как SV-XXXXXXXX, где последние знаки показывают серийный номер устройства. Если вы приобрели блютуз плату самостоятельно, то она при первом включении будет видна как JDY-31-SPP. Нужно осуществить сопряжение с этим устройством. Пароль для подключения 1234. При установке сопряжения система Андроид может запросить разрешение на определение местоположения. Пусть это вас не смущает. Это стандартное требование операционной системы Android, связанное с тем, что сканирование и сопряжение устройств Bluetooth могут потенциально использоваться для определения местоположения пользователя. Компания Google разрешает сканирование и сопряжение устройств Bluetooth Low Energy (LE) только при наличии разрешения на доступ к данным о местоположении. Обратите внимание, что ваше приложение не использует и не собирает данные о вашем местоположении. Запрос на разрешение исходит исключительно от системы Android и предназначен для обеспечения безопасности и конфиденциальности пользователей.

Первым делом нажимаем кнопку BT List и попадаем в окно выбора блютуз устройств. Ставим галочку напротив нашего устройства и возвращаемся в основное окно с помощью системной кнопки смартфона. Это действие нужно выполнить однократно. При последующих запусках приложение уже будет знать с каким устройством оно сопряжено.

Теперь нажимаем кнопку BT Connect и смартфон установит связь с устройством SV701.

Рассмотрим назначение органов регулировки и индикации. Слева вверху находится переключатель режимов между Smart Dimmer и Smart Regulator. Первый режим позволяет выставить фиксированный уровень нагрузки с помощью слайдера или кнопок на экране смартфона. После настройки все параметры запоминаются в памяти устройства и оно продолжит в нем работать после отключения смартфона и после выключения-включения питания. Обращаем ваше внимание, что показания шкалы 0-100% относятся к управляющему сигналу, который прибор подает на твердотельное реле. Передаточная характеристика самого реле сильно нелинейная, зависит от типа реле и даже от экземпляра. Поэтому если вы хотите, например, получить мощность нагрузки 50% от ее номинала, то это следует отслеживать по показаниям внешних приборов или по показаниям инвертора, т. к. эта мощность для конкретного реле может быть достигнута при положении ползунка и 40%, и 60%.

Следующий режим это основной режим Smart Regulator. В верхней части экрана расположены 4 основные настройки для двух PV входов инвертора. Если инвертор имеет всего один PV вход, то настройки для второго игнорируются. Первая — Target PV voltage, это напряжение на солнечном входе инвертора, которое регулятор будет пытаться поддерживать увеличивая или уменьшая нагрузку на него. Следующие две настройки, это коэффициенты регулятора. Сам регулятор алгоритмически представляет собой разновидность нелинейного ПИД регулятора. Дело в том, что классические ПИД регуляторы предназначены для управления линейными стационарными системами. В нашем случае система и нелинейная, и нестационарная, т.к. шаг изменения напряжения целевой величины зависит от степени освещенности панелей. Для примера — в нашей тестовой системе в пасмурную погоду для изменения напряжения (в районе точки MPPT) на солнечном входе на 10В требуется добавление/убавление всего 40-50Вт нагрузки. А в обед солнечного дня в этой же системе для этого уже необходимо ± 800-1000Вт. Поэтому устройство осуществляет регулирование по разработанному нами нелинейному алгоритму, подробности которого являются нашим ноу-хау. Для настройки доступны два коэффициента К1 и К2. Еще одна основная настройка — это ограничитель максимальной нагрузки. Если ваша нагрузка при полном включении слишком мощная для системы, то этой настройкой можно ее ограничить. И регулятор в процессе работы не будет превышать это значение.

Следующие семь параметров предназначены для настройки немедленной блокировки нагрузки. Это необходимо для учета приоритетов распределения энергии инвертора, а также для быстрой реакции на внешние воздействия. Слева расположены данные, получаемые в режиме реального времени от инвертора, а справа напротив - их пороговые значения, которые можно настраивать. Для того, чтобы конкретный параметр учитывался в работе, необходимо также поставить напротив него «галочку».

Настройка SV701

Рассмотрим общую стратегию настройки SV701. Сначала следует остановиться на метрологических характеристиках бюджетных солнечных инверторов китайского производства. К сожалению, они не очень хорошие. Об этом говорят и отзывы на тематических форумах, и наши собственные измерения. Расхождения между показаниями внешних измерительных приборов и показаниями инверторов могут быть большими. К счастью напряжение солнечного входа инверторы измеряют достаточно точно, также достаточно точно измеряется напряжение батареи. Однако гораздо хуже обстоят дела с измерением токов. Инвертор запросто может показывать разряд батареи током в 15А, хотя измерительные клещи и BMS батареи показывают нулевое потребление. Подобная картина и с измерением тока на солнечном входе. Инвертор вполне может индицировать нулевой ток и нулевую мощность на солнечном входе, хотя там протекает ток 0.5А, что при напряжении в 300В означает поступление 150Вт солнечной энергии. Что примечательно, при этих неточных измерениях инвертор, как сложная замкнутая система, работает вполне нормально — перераспределяет потоки энергии куда надо. Проблемы касаются лишь показаний на табло инвертора и отдаваемых им по интерфейсам связи. Почему так происходит, не очень понятно. Наладить точное измерения этих величин не очень сложная техническая задача. Возможно тут задействован маркетинг — дешевые инверторы не должны быть слишком хорошими, чтобы пользователи покупали и дорогие инверторы :)

Теперь вернемся собственно к стратегии. Наша стратегия — не мешать инвертору когда он работает вблизи точки максимальной мощности и добавлять нагрузку, когда он выходит по напряжению выше этой зоны. Как уже упоминалось выше, индикацией того, что инвертор вышел из точки максимальной мощности будет повышение напряжения на солнечном входе. Поэтому первым нашим шагом будет определение этой точки максимальной мощности по напряжению для нашей системы. Определяется она достаточно просто. Посмотрите какое напряжение в точке максимальной мощности указано для ваших панелей.

Далее это напряжение необходимо умножить на число панелей в стринге. Это и будет примерное напряжение максимальной мощности стринга, которое будет пытаться поддерживать инвертор. Например для стринга из 4шт панелей показаных выше получаем 34.39*4=137.6В. В реальности это напряжение может немного изменяться в зависимости от температуры и сопротивления проводов, но данном этапе настройки это не принципиально. В процессе эксплуатации этот сдвиг можно будет учесть позже.

Целевое напряжение нужно задавать на 2-10% больше чем напряжение максимальной мощности стринга . Чем больше разница между целевым напряжением SV701 и напряжением максимальной можности стринга, тем меньше будет еффективность утилизации избыточной энергии. Однако сильно приближать эти значения также нежелательно, так как устройство SV701 может начать конкурировать с инвертором в поиске точки максимальной мощности. Для указанного в качестве примера стринга из четырех панелей здесь можно задать значение 140-145В.

Далее перейдем к коэффициентам. Для большинства систем эти коэффициенты можно не менять, оставив дефолтные значения. Настройка коэффициентов для классического ПИД регулятора является некоторого рода магией :) , а для нелинейного и подавно. Мы постарались упростить эту задачу для пользователей подобрав и зафиксировав часть коэффициентов в нашем алгоритме. Оставшиеся два коэффициента доступны для настройки. В теории автоматического управления разница между целевой величиной и текущей величиной называется ошибкой регулирования. Рассматривать их можно так: К1- больше влияет при большой ошибке регулирования, К2 - при малой ошибке. Каждый коэффициент может принимать значение от 1 до 100. Чем больше коэффициент, тем быстрее настройка, но возможно т. н. перерегулирование. Поэтому подбираем коэффициенты двигаясь от малых величин к большим, наблюдаем за работой системы и находим компромиссные значения между скоростью регулировки и ее точностью.

Для инверторов с двумя PV входами вышеуказанные настройки необходимо выполнить для каждого входа по отдельности. Если один из входов не задействован, то для него необходимо все три значения выставить равными нулю.

Этот параметр задает максимальное значение на выходе регулятора. Обращаем ваше внимание, что проценты показывают уровень управляющего сигнала, а не уровень нагрузки. Как было сказано выше, это связано с тем, что модели SSR LA реле разных производителей и даже разные экземпляры у одного производителя имеют разные регулировочные характеристики. Поэтому диапазон регулятора перекрывает разброс диапазонов разных типов реле. Изменять этот параметр от значения 100% имеет смысл в двух случаях. Первый - если нужно ограничить нагрузку, сделав ее ниже чем максимальная нагрузка бойлера. Например, бойлер имеет мощность 2кВт. А мы не хотим, чтобы он нагружался выше 1кВт. Второй случай - для увеличения быстродействия подстройки для некоторых экземпляров реле, которые полностью открываются "слишком рано". Например, попадаются экземпляры реле, которые дают полный уровень нагрузки уже при 60% уровня управляющего сигнала. В обоих случаях для определения необходимого уровня ограничения неообходимо включить устройство в режим Smart Dimmer и изменяя вручную уровень управляющего сигнала по показаниям инвертора определить то значение, при котором будет достигнут нужный уровень мощности. Для первого случая смотрим когда инвертор прибавит к своей нагрузке на выходе +1кВт. Для второго случая смотрим когда прибавка нагрузки у инвертора станет равной полной мощности бойлера. После этого запоминаем этот уровень и вписываем его в окошко MAX reg. value.

Теперь перейдем к настройке параметров ограничителей. Все они необязательны, но желательны. Когда галочка напротив параметра установлена, то устройство SV701 будет мгновенно отключать нагрузку при соблюдении условия между заданным параметром и соответствующим параметром инвертора, которые в реальном времени будут индицироваться на зеленом поле приложения. Если условие ограничителя выполняется, то соотвествующий ему параметр будет показан красным цветом.

В качестве порогового напряжения для отключения нагрузки разумно задать напряжение на 5-30% ниже напряжения максимальной мощности стринга. Тогда внезапное добавление мощного потребителя к выходу инвертора вызовет резкую просадку напряжения на солнечном входе и SV701 сразу же отключит свою балластную нагрузку. Для нашего примера стринга из четырех панелей разумно будет задать это значение на уровне 100-120В. В случае, если у инвертора с двумя PV входами один из входов не задействован, то отключите галочку напротив этого параметра.

Напряжение батареи мы получаем от инвертора достаточно точно. Косвенно уровень этого напряжения указывает на уровень заряда батареи. Если мы не хотим, чтобы отбор мощности осуществлялся при аккумуляторе, заряженном ниже какого-то уровня, можно включить этот ограничитель и настроить уровень. Учитывайте, что батареи LiFePo4 имеют достаточно пологую характеристику в средине своего рабочего диапазона.

Этот параметр показывает степень заряда батареи. Его разумно установить где-то на величину 90-97%. В конце зарядки батареи заряжаются малым током и у системы в этот момент уже может быть лишняя солнечная энергия. Но этот параметр, к сожалению, тоже может быть очень неточным, если его вычислением занимается инвертор. Похоже китайские инверторы считают его по напряжению батареи, основываясь на характеристиках кислотного аккумулятора. В этом случае ограничитель не нужно включать. Если же этот параметр сообщает BMS батареи по информационному кабелю, то ситуация будет получше и этот ограничитель можно задействовать при работе.

Этот параметр показывает активную нагрузку инвертора по переменному току в Ваттах. Если вы не хотите, чтобы он нагружался выше какого-то предела, то можно выставить этот предел в настройках. Разумно поставить ограничение примерно в 0.7-0.8 от максимальной мощности инвертора для защиты его от перегрузки. После достижения этого значения нагрузка SV701 будет немедленно отключена. Например, одновременно включились холодильник, кондиционер и микроволновая печь и общая нагрузка инвертора стала близкой к максимальной. SV701 немедленно отключит в этот момент бойлер и подключит его снова, когда общая нагрузка инвертора уменьшится.

Здесь индицируется состояние управляющего выхода SV701. По этим значениям можно в динамике наблюдать как устройство управляет нагрузкой.

После настройки всех параметров можно выходить из приложения. Устройство запомнит их в своей памяти и будет работать по ним. Потом можно снова в любой момент подключиться по блютузу, понаблюдать за работой системы или что-нибудь подкорректировать.

Примеры настройки и работы

На этом видео показан пример настройки и последующей работы тестовой системы, состоящей из инвертора Anenji 4кВт, панелей Risen 400Вт и аккумуляторной батареи емкостью 7кВтч. Панели включены по схеме 2х4шт. Панели расположены на двух скатах крыши Восток-Запад, по 4штуки на каждом скате. К инвертору подключен насос водоснабжения 900Вт и бойлер 1.7кВт через SV701. После установления связи выполняется настройка устройства с дефолтных значений под конкретную систему. После этого устройство вводит систему в режим оптимального отбора солнечной энергии. При тайминге 1:43 включается насос водоснабжения, при 2:25 выключается. Система отрабатывает эти воздействия.

Ниже показаны графики работы нашей другой тестовой системы. Эта система состоит из инвертора Jesudom VM4 Twin 4кВт, солнечных панелей Risen 400Вт 8шт последовательно, аккумуляторной батареи емкостью 7кВтч. Нагрузка этой системы - электрическая сеть обычного жилого дома. Среди мощных потребителей присутствуют бойлер, насосная станция водоснабжения, микроволновая печь, кондиционер.

На первом графике показана утилизация солнечной энергии нашей тестовой системой в течение двух последовательных солнечных дней. Мощность измерялась на солнечном входе с помощью внешнего DC ватметра. В первый день система работала при выключенном SV701, в следующий день - при включенном. Из графика видно, что без устройства много потенциально доступной энергии остается невостребованной.

На следующем графике показано поведение этой тестовой системы в динамике. Во время работы системы система поддерживала напряжение солнечного входа на уровне около 290В путем частичной нагрузки бойлера (около 40%) , что позволяло в тот момент снимать около 2000Вт солнечной энергии. На 55-й секунде включился двигатель насосной станции, что резко увеличило потребление системы до 3000Вт. Устройство SV701 мгновенно (задержка 2сек) отреагировало на это полностью отключив бойлер, что позволило снизить потребление до 2500Вт. На 84-й секунде насос отключился и система плавно добавила нагрузку бойлера до прежнего уровня общего потребления около 2000Вт.

Ниже показан график мощности солнечного входа этой тестовой системы, снятый с помощью программы MultiSIBcontrol. Она работала в обычном для себя режиме одновременно с устройством SV701. По графику видно, что система достаточно полно собрала энергию зимнего солнечного дня. Как совместить работу SV701 и программы MultiSIBcontrol рассказано здесь.

Полезные ссылки