Сайт підтримки SV701

Зелена енергетика невблаганно входить у наше повсякденне життя. Багато домогосподарств вже придбали собі невеликі сонячні електростанції, основою яких є гібридний сонячний інвертор. Часто це бюджетні інвертори, які виробляються у Китаї чи Тайвані.

Однак власники таких станцій часто стикаються із проблемою надмірної сонячної генерації, коли панелі виробляють більше енергії, чим споживається зараз. Ми пропонуємо ефективне вирішення цієї задачі за допомогою пристрою SV701.

Способи утилізації надлишку сонячної енергії

1. Використання on-grid інверторів

On-grid інвертори дозволяють скидати надмірну енергію у зовнішню електричну мережу. З технічної точки зору це ефективний варіант, але він пов'язаний із низкою складнощів:

• Висока вартість таких інверторів у порівнянні з off-grid моделями;
• Бюрократичні складнощі, пов'язані з оформленням генерації в мережу;
• Проблеми із сертифікацією. Багато бюджетних інверторів не мають потрібних сертифікатів для генерації в мережу;
• Необхідність придбання додаткового обладнання (двонаправлені електролічильники та пристрої контролю якості генерації);
• Низькі тарифи на зворотну генерацію в деяких країнах;
• Відсутність доступу до зовнішньої мережі у віддалених регіонах, під час стихійного лиха чи воєнних дій.

2. Корисне навантаження для надлишкової енергії

Більш доступним рішенням є використання додаткового навантаження для утилізації надлишку сонячної енергії. Енергоємні пристрої, такі як електричні водонагрівачі або обігрівачі вже присутні в багатьох будинках. Однак вони мають фіксоване споживання, а надмірна енергія від сонячних панелей - величина змінна, що залежить від часу доби, погоди та рівня заряду акумуляторів.

Деякі преміальні інвертори можуть скидати надмірну сонячну енергію на додатковий порт за допомогою функції SmartLoad. Але бюджетні інвертори позбавлені такої функції. Саме для таких інверторів спочатку і було створено пристрій SV701, який забезпечує управління додатковим навантаженням та утилізацію зайвої енергії. Пізніше ми отримали запити і від власників інверторів, які мають штатну функцію SmartLoad. Виявилося, що ця функція працює через заряд-розряд акумулятора та не всім підходить. Тепер ми додали підтримку і таких інверторів.

Пристрій керує твердотілим реле і може працювати у двох режимах. Перший режим це звичайний димер з ручним регулюванням вихідної потужності. Другий режим це "розумне регулювання" потужності, яке дозволяє відбирати лише надмірну потужність сонячних батарей.

Теоретичні основи

Розглянемо, як це працює. Будь-який сонячний гібридний інвертор має у своєму складі блок контролю максимальної точки потужності сонячних панелей (MPPT), що дозволяє зняти з них максимум потужності при поточній освітленості. Існує кілька алгоритмів пошуку цієї точки і заздалегідь невідомо, який саме алгоритм використовує конкретний інвертор. Поєднує їх те, що вони визначають точку максимальної потужності на вольт-амперній характеристиці сонячної панелі завжди в досить вузькому діапазон напруги, який знаходиться приблизно в зоні 0.7-0.8 по відношенню до напруги холостого ходу сонячної системи. Також однаково поводяться всі інвертори у разі коли потужність сонячної енергії від панелей починає перевищувати потужність усіх споживачів. У цьому випадку вони «виходять» із точки максимальної потужності для зниження потужності генерації шляхом підвищення напруги на сонячному вході Поспостерігайте за показниками свого сонячного інвертора, коли він має достатньо навантаження, щоб утилізувати всю сонячну енергію. Ви переконаєтесь, що напруга сонячного входу в цей момент завжди знаходиться у певному вузькому діапазоні. Тепер подивіться на показники, коли навантаження інвертора замало для поглинання всієї сонячної енергії. Ви побачите, що напруга вийшла з того вузького діапазону та підвищилася.

Графічно це проілюстровано на малюнку нижче. Там представлені типові залежності струму від напруги та потужності від напруги для сонячного елемента. На цих графіках показано куди інвертор переміщає точку відбору потужності у разі надлишку сонячної енергії.

Саме цю закономірність і використовує SV701 для керованого підвищення або зниження навантаження інвертора, щоб повернути систему до зони максимальної потужності. Як було сказано вище, існує кілька алгоритмів пошуку точки максимальної потужністі. Найпростіший метод називається Метод фіксованої напруги. Він фіксує напругу в одній точці цього діапазону 0.7-0.8 від напруги холостого ходу. Через це він трохи програє іншим методам за ефективністю, проте суттєво виграє у них за надійністю та швидкодією. SV701 працює за цим методом та організує другий, зовнішній щодо інвертора контур пошуку точки максимальної потужності! Пристрій опитує інвертор один раз на секунду та оперативно регулює навантаження.

Бойлер також акумулятор :)

Хотілося б окремо зупинитись на такому енергоспоживачі як електричний бойлер. Багато власників сонячних інверторів розглядають його як прикре і ненажерливе навантаження для власної системи. Якщо підключати бойлер безпосередньо до інвертора, це дійсно так і є. Але використання бойлера спільно з нашим SV701 дозволяє подивитися на це з іншого боку. Гаряча вода завжди потрібна у побутовому використанні. Для нагрівання 100л води на 50 градусів (з 20С до 70С) дійсно потрібно витратити досить багато електроенергії – близько 5.8 кВтг. Але ж бойлер можна розглядати і як накопичувач енергії! Маючи добру термоізоляцію він зберігає теплову енергію досить довго. При цьому вартість такого накопичувача на 5.8кВтч буде на порядок нижча за вартість електричної акумуляторної батареї такої ж ємності. Тому туди цілком розумно скидати "зайву" електричну енергію і потім використовувати гарячу воду у міру необхідності. Причому SV701 дозволяє це робити в "смарт режимі", не допускаючи перевантаження інвертора.

Іншим альтернативним навантаженням для SV701 можуть бути інші види нагрівачів. Наприклад, допоміжний нагрівач для опалення будинку в холодну пору року або нагрівач для басейну в теплу пору.

Робота пристрою

У старих версіях прошивок 1.хх керування режимами роботи пристрою здійснюється за допомогою джамперів на платі та Андроїд програми BtControl700 на смартфоні. У нових прошивках 2.xx керування пристроєм здійснюється повністю із програми BtControl702.

Можливі схеми підключення пристрою показані на цій сторінці. Спочатку необхідно підключити SV701 до інвертора без підключення навантаження до твердотільного реле і переконатися, що на пристрій подається живлення. Це буде видно за індикаторними світлодіодами, розташованими на роз'ємі RJ45. Лівий світлодіод показує передачу запиту даних, правий світлодіод показує відповідь інвертора. Ці світлодіоди різного кольору, конкретні кольори можуть відрізнятися у різних виконаннях роз'єму. Обмін даними відбувається один раз на секунду. Якщо обидва світлодіоди не блимають, значить пристрій не отримує живлення від інвертора. Необхідно перевірити розпаювання кабелю. Якщо блимає лише лівий світлодіод, то пристрій не отримує відповіді від інвертора. Причина може бути знову в неправильному розпаювання кабелю або у невідповідності протоколу обміну. Протокол обміну можна буде змінити пізніше у програмі BtControl702.

Управління через Андроїд додаток

Останню версію програми BtControl702 під Андроїд можна завантажити на сторінці завантажень. Спочатку необхідно встановити блютуз з'єднання з пристроєм штатними засобами операційної системи Андроїд. Вкажіть пошук пристроїв. Наш SV701 буде видно як SV-XXXXXXXX, де останні символи показують серійний номер пристрою. Якщо ви придбали блютуз плату самостійно, то вона при першому включенні буде помітна як JDY-31-SPP. Потрібно здійснити сполучення з цим пристроєм. Пароль для підключення 1234. При установці з'єднання система Андроїд може запросити дозвіл на визначення розташування. Нехай вас це не бентежить. Це стандартна вимога операційної системи Android, пов'язана з тим, що сканування та сполучення пристроїв Bluetooth можуть потенційно використовуватися для визначення розташування користувача. Компанія Google дозволяє сканування та сполучення пристроїв Bluetooth Low Energy (LE) тільки за наявності дозволу доступ до даних про місцезнаходження. Зверніть увагу, що ваша програма не використовує і не збирає дані про ваше місцезнаходження. Запит на дозвіл виходить виключно від системи Android і призначений для забезпечення безпеки та конфіденційності користувачів.

Насамперед натискаємо кнопку BT List і потрапляємо у вікно вибору блютуз пристроїв. Ставимо галочку навпроти нашого пристрою і повертаємося в основне вікно за допомогою системної кнопки смартфона. Цю дію потрібно виконати одноразово. При наступних запусках програма вже знатиме, з яким пристроєм вона пов'язана.

Тепер натискаємо кнопку BT Connect і смартфон встановить зв'язок із пристроєм SV701.

Розглянемо призначення органів регулювання та індикації. Зліва нагорі знаходиться перемикач режимів між Smart Dimmer і Smart Regulator. Перший режим аналогічний режиму Dumb Dimmer з тією різницею, що тепер налаштування диммера можна здійснювати за допомогою слайдера або кнопок на екрані смартфон. Після налаштування всі параметри запам'ятовуються в пам'яті пристрою і він продовжить працювати після відключення смартфона і після вимкнення-увімкнення живлення. Звертаємо вашу увагу, що показання шкали 0-100% відносяться до рівня сигналу, який прилад подає на твердотільне реле. Передавальна характеристика реле дуже нелінійна, також вона залежить від типу реле і навіть від екземпляра. Тому якщо ви хочете, наприклад, отримати потужність навантаження 50% від його номіналу, це слід відстежувати за показаннями зовнішніх приладів або за показаннями інвертора, тому що ця потужність для конкретного реле може бути досягнута при положенні повзунка слайдера і 40%, і 60%.

Наступний режим – це основний режим Smart Regulator. У верхній частині екрана розташовані 4 основні налаштування. Перша - Target PV voltage, це напруга на сонячному вході інвертора, яке регулятор намагатиметься підтримувати, збільшуючи або зменшуючи навантаження на нього. Наступні два налаштування, це коефіцієнти регулятора. Сам регулятор алгоритмічно є різновидом нелінійного ПІД регулятора. Справа в тому, що класичні ПІД регулятори призначені для керування лінійними стаціонарними системами. У нашому випадку система і нелінійна, і нестаціонарна, т.к. крок зміни напруги цільової величини залежить від ступеня освітленості панелей. Для прикладу - у нашій тестовій системі в похмуру погоду для зміни напруги (в районі точки MPPT) на сонячному вході на 10В потрібно додавання/зменшення всього 40-50Вт навантаження. А в обід сонячного дня в цій же системі для цього потрібно вже ± 800-1000Вт. Тому пристрій здійснює регулювання за розробленим нами нелінійним алгоритмом, подробиці якого є нашим ноу-хау. Для налаштування доступні два коефіцієнти К1 та К2. Ще одне основне налаштування - це обмежувач максимального навантаження. Якщо ваше навантаження при повному включенні занадто потужне для системи, то цією настройкою можна її обмежити. І регулятор у процесі роботи не перевищуватиме цього значення.

Наступні шість параметрів призначені для налаштування негайного блокування навантаження. Це необхідно для врахування пріоритетів розподілу енергії інвертора, а також для швидкої реакції на зовнішні дії. Зліва розташовані дані, які застосунок отримує у реальному часі від інвертора, а праворуч навпроти - їх порогові значення, які можна настроювати. Щоб конкретний параметр враховувався у роботі, необхідно також поставити навпроти нього «галочку».

Налаштування SV701

Розглянемо загальну стратегію налаштування SV701. Спочатку слід зупинитися на метрологічних характеристиках бюджетних сонячних інверторів китайської виробництва. На жаль, вони не дуже добрі. Про це говорять і відгуки на тематичних форумах, і наші виміри. Розбіжності між показаннями зовнішніх вимірювальних приладів та показаннями інверторів можуть бути досить великими. На щастя напругу сонячного входу інвертори вимірюють досить точно, також досить точно вимірюється напруга батареї. Однак набагато гірші справи з вимірюванням струмів. Інвертор запросто може показувати розряд батареї струмом 15А, хоча вимірювальні кліщі та BMS батареї показують нульове споживання. Подібна картина з вимірюванням струму на сонячному вході. Інвертор також може показувати нульовий струм і нульову. потужність на сонячному вході, хоча там протікає струм 0.5А, що при напрузі 300В означає надходження 150Вт сонячної енергії. Що цікавоно, при цих неточних показаннях інвертор, як складна замкнута система, працює цілком нормально - перерозподіляє потоки енергії куди треба. Проблеми стосуються лише показань на табло інвертора та відданих їм даних за інтерфейсами зв'язку. Чому так відбувається не дуже зрозуміло. Налагодити більш точне вимірювання цих величин не дуже складне технічне завдання. Можливо, тут задіяний маркетинг — дешеві інвертори не повинні бути надто хорошими, щоб користувачі купували й дорогі інвертори :)

Тепер повернемося власне до стратегії. Наша стратегія — не заважати інвертору, коли він працює поблизу точки максимальної потужності і додавати навантаження, коли він виходить за напругою вище за цю зону. Як уже згадувалося вище, індикацією того, що інвертор вийшов з точки максимальної потужності, буде підвищення напруги на сонячному вході. Тому першим нашим кроком буде визначення цієї точки максимальної потужності за напругою нашої системи. Визначається вона досить легко. Подивіться яку напругу в точці максимальної потужності вказано для панелей.

Далі цю напругу необхідно помножити на число панелей у стрінгу. Це і буде приблизна напруга максимальної потужності стрінга, яку намагатиметься підтримувати інвертор. Наприклад, для стрінга з 4шт панелей показаних вище отримуємо 34.39*4=137.6В. Насправді ця напруга може трохи змінюватись в залежності від температури та опору проводів, але на даному етапі налаштування це не принципово. У процесі експлуатації цей зсув можна буде врахувати пізніше.

Цільову напругу потрібно задавати на 2-10% більше, ніж напруга максимальної потужності стрінга. Чим більша різниця між цільовою напругою SV701 і напругою максимальної потужності стрінга, тим меншою буде ефективність утилізації надлишкової енергії. Однак сильно наближати ці значення також небажано, оскільки пристрій SV701 може почати конкурувати з інвертором у пошуку максимальної потужності точки. Для зазначеного як приклад стрінга із чотирьох панелей тут можна задати значення 140-145В.

Далі перейдемо до коефіцієнтів. Для більшості систем ці коефіцієнти можна не змінювати, залишивши дефолтні значення. Налаштування коефіцієнтів для класичного ПІД регулятора є деякою магією :) , а для нелінійного і поготів. Ми постаралися спростити це завдання для користувачів, підібравши і зафіксувавши частину коефіцієнтів у нашому алгоритмі. Два коефіцієнти, що залишилися, доступні для налаштування. У теорії автоматичного управління різниця між цільовою величиною і поточною величиною називається помилкою регулювання. Розглядати їх можна так: К1 більше впливає при великій помилці регулювання, К2 - при малій помилці. Кожен коефіцієнт може набувати значення від 1 до 100. Чим більший коефіцієнт, тим швидше регулювання, але можливо т.з. перерегулювання. Тому підбираємо коефіцієнти рухаючись від малих величин до великих, спостерігаємо за роботою системи та знаходимо компромісні значення між швидкістю регулювання та її точністю.

Для інверторів з двома входами PV вищевказані налаштування необхідно виконати для кожного входу окремо. Якщо один із входів не задіяний, то для нього необхідно всі значення виставити рівними нулю.

Цей параметр визначає максимальне значення на виході регулятора. Звертаємо вашу увагу, що відсотки показують рівень сигналу, що управляє, а не рівень навантаження. Як було сказано вище, це пов'язано з тим, що моделі SSR LA реле різних виробників і навіть різні екземпляри одного виробника мають різні регулювальні характеристики. Тому діапазон регулятора перекриває діапазон діапазонів різних типів реле. Змінювати цей параметр від значення 100% має сенс у двох випадках. Перший - якщо потрібно обмежити навантаження, зробивши його нижче ніж максимальне навантаження бойлера. Наприклад, бойлер має потужність 2кВт. А ми не хочемо, щоб він навантажувався вище 1кВт. Другий випадок - для збільшення швидкодії підстроювання деяких екземплярів реле, які повністю відкриваються "занадто рано". Наприклад, трапляються екземпляри реле, які дають повний рівень навантаження вже за 60% рівня керуючого сигналу. В обох випадках для визначення необхідного рівня обмеження необхідно включити пристрій в режим Smart Dimmer і змінюючи вручну рівень сигналу керування за показаннями інвертора визначити те значення, при якому буде досягнутий потрібний рівень потужності. Для першого випадку дивимося коли інвертор додасть до свого навантаження на виході +1кВт. Для другого випадку дивимося коли збільшення навантаження у інвертора стане рівною повної потужності бойлера. Після цього запам'ятовуємо цей рівень і вписуємо його у віконце MAX reg. value.

Тепер перейдемо до параметрів обмежувачів. Усі вони необов'язкові, але бажані. Коли галочка навпроти параметра встановлена, пристрій SV701 миттєво відключатиме навантаження при дотриманні умови між заданим параметром і відповідним параметром інвертора, які в реальному часі будуть індикуватися на зеленому полі програми. Якщо умова обмежувача виконується, то відповідний параметр буде показаний червоним кольором.

В якості порогової напруги для відключення навантаження розумно задати напругу на 5-30% нижче напруги максимальної потужності стрінга. Тоді раптове додавання потужного споживача до виходу інвертора викличе різке просідання напруги на сонячному вході і SV701 відразу ж відключить своє баластне навантаження. Для нашого прикладу стрингу з чотирьох панелей бажано буде поставити це значення на рівні 100-120В. Якщо у інвертора з двома PV входами один із входів не задіяний, то відключіть галочку навпроти цього параметра.

Напругу батареї ми отримуємо від інвертора досить точно. Опосередковано рівень цієї напруги вказує на рівень заряду батареї. Якщо ми не хочемо, щоб вибір потужності здійснювався при акумуляторі, зарядженому нижче якогось рівня, можна включити цей обмежувач і налаштувати рівень. Враховуйте, що батареї LiFePo4 мають досить пологі характеристики в середині свого робочого діапазону.

Цей параметр показує рівень заряду батареї. Його розумно встановити десь на величину 90-97%. Наприкінці зарядки батареї заряджаються малим струмом і система вже може мати зайву сонячну енергію. Але цей параметр, на жаль, також може бути дуже неточним, якщо його обчисленням займається інвертор. Схоже, китайські інвертори вираховують його за напругою батареї, ґрунтуючись на характеристиках кислотного аккумулятора. В цьому випадку обмежувач не потрібно включати. Якщо ж цей параметр повідомляє BMS батареї по інформаційному кабелю, ситуація буде кращою і цей обмежувач можна задіяти при роботі.

Цей параметр показує активне навантаження інвертора змінного струму у Ваттах. Якщо ви не хочете, щоб він навантажувався вище за якусь межу, то можна виставити цю межу в налаштуваннях. Розумно поставити обмеження приблизно 0.7-0.8 від максимальної потужності інвертора для захисту його від перевантаження. Після досягнення цього значення навантаження SV701 буде негайно вимкнено. Наприклад, одночасно включилися холодильник, кондиціонер та мікрохвильова піч та загальне навантаження інвертора стало близьким до максимального. SV701 негайно відключить бойлер і підключить його знову, коли загальне навантаження інвертора зменшиться.

Тут показується стан виходу SV701. За цими значеннями можна в динаміці спостерігати як пристрій керує навантаженням.

Після налаштування всіх параметрів можна вийти з програми. Пристрій запам'ятає їх у своїй пам'яті і працюватиме за ними. Потім можна знову будь-якої миті підключитися по блютузу, поспостерігати за роботою системи або щось підкоригувати.

Приклади налаштування та роботи

На цьому відео показаний приклад налаштування та подальшої роботи тестової системи, що складається з інвертора Anenji 4кВт, панелей Risen 400Вт та акумуляторної батареї ємністю 7кВтч. Панелі включені за схемою 2х4шт. Панелі розташовані на двох скатах даху Схід-Захід, по 4 штуки на кожному скаті. До інвертора підключений насос водопостачання 900Вт та бойлер 1.7кВт через SV701. Після встановлення зв'язку виконується налаштування пристрою із дефолтних значень під конкретну систему. Після цього пристрій вводить систему режим оптимального відбору сонячної енергії. При таймінгу 1:43 вмикається насос водопостачання, при 2:25 він вимикається. Система відпрацьовує ці події.

Нижче показано графіки роботи нашої другої тестової системи. Ця система складається з інвертора Jesudom VM4 Twin 4кВт, сонячних панелей Risen 400Вт 8шт послідовно, акумуляторної батареї ємністю 7кВтч. Навантаження цієї системи – електрична мережа звичайного житлового будинку. Серед потужних споживачів є бойлер, насосна станція водопостачання, мікрохвильова піч, кондиціонер.

На першому графіку показано утилізацію сонячної енергії нашою тестовою системою протягом двох послідовних сонячних днів. Потужність вимірювалася на сонячному вході за допомогою зовнішнього DC ватметра. Першого дня система працювала при вимкненому SV701, наступного дня - при включеному. З графіка видно, що без пристрою багато потенційно доступної енергії залишається незатребуваною.

На наступному графіку показано поведінку тестової системи у динаміці. Під час роботи системи система підтримувала напругу сонячного входу на рівні близько 290В шляхом часткового навантаження бойлера (близько 40%), що дозволяло тоді знімати близько 2000Вт сонячної енергії. На 55-й секунді увімкнувся двигун насосної станції, що різко збільшило споживання системи до 3000Вт. Пристрій SV701 миттєво (затримка 2сек) відреагував на це повністю відключивши бойлер, що дозволило знизити споживання до 2500Вт. На 84 секунді насос відключився і система плавно додала навантаження бойлера до попереднього рівня загального споживання близько 2000Вт.

Нижче наведено графік потужності сонячного входу цієї тестової системи, знятий за допомогою програми MultiSIBcontrol. Вона працювала у звичайному для себе режимі одночасно з пристроєм SV701. За графіком видно, що система досить повно зібрала енергію сонячного зимового дня. Як поєднати роботу SV701 та програми MultiSIBcontrol розказано тут.

Корисні посилання