最大限度地利用太阳能让您的家保持温暖

描述

您的太阳能装置可能会向电力公司输送能量。

当您将太阳能添加到并网家庭中，并打算消耗自己的生产（即自我消耗）时，您会很快意识到任何未被您家消耗的太阳能都将进入电网。

这称为“注入”或“导出”。注入的能量称为“过剩”或“过剩”太阳能。

对此无能为力。产生的太阳能必须去某个地方..

并网太阳能系统旨在始终以太阳能电池板的最大生产能力运行，通常不能“要求减速”。

有关注射的规定因国家/地区而异。可以允许、容忍或严格禁止注射。在一些国家，你可以从出口能源中得到一些钱，在另一些国家则不能，而在另一些国家，你甚至需要为出口付费！

电网的设计理念并不是数以百万计的微小发电点同时注入电力（晴天的中午）。电网运营商对这种注入对电网稳定性的任何影响持谨慎态度。

在我居住的法国，不允许从自用装置注入（对少量功率有某种容忍度）。

除了任何监管问题，这也是一个遗憾。为什么要投资太阳能装置而最终将部分产品免费提供给电力公司？

那么如何最大化自我消费呢？

最大化自我消费

有多种方法可以最大化自我消费：

• 在晴天时手动打开耗能大的电器（例如洗衣机、烘干机、熨斗……）。这需要一点纪律、习惯的改变，以及一定程度的精神力量（曾经有过一旦洗碗机装满脏东西就想启动的冲动吗？）
• 使用多余的太阳能来加热水箱，而不是在晚上使用电网能源。这是迄今为止太阳能盈余最常见的用途，这需要安装“太阳能路由器”（稍后会详细介绍）。

当然，我的家人已经被训练（洗脑？）具有上述纪律。

然而，我们并不总是在家，而且我的水箱已经用“热能”太阳能（即太阳能直接转化为热水）加热。

我住在法国阿尔卑斯山，有半年时间我需要给房子供暖。但我想要的是一种自动将所有多余的太阳能馈入现有电加热器的方法。

这个自动化应用程序来了：solar2heater （Raspberry PI 上的 Python。在github 上可用）

太阳能路由器不错，但还不够。

太阳能路由器是读取您的房屋和电网之间的功率流的设备。一旦能量被输出，它们就会将其转移到一个特定的设备，以消耗恰好这个数量的能量（不多也不少）。

这些设备通常用于为热水器的电阻供电；从而用原本会被输出的能量加热水。

太阳能路由器有多种型号。我正在使用myenerg i的eddi 。我选择此设备是因为它与我的太阳能电动汽车充电器配合使用，但这是另一篇文章的主题。

然而，仅此设备并不能满足我的需求：

• 我希望能够使用现有的电加热器。不幸的是，太阳能路由器只能为连接在其专用交流输出上的设备供电。重新布线现有的加热器是不行的。
• 太阳能路由器具有最大功率输出。我的就算够装一个水箱，也不及我的太阳能电池板的生产能力。
• 太阳能路由器旨在产生可变功率（即任何时间点的多余太阳能值）。这是通过修改交流电压（例如使用 100 伏而不是传统的 230 伏）或通过扭曲交流正弦波来实现的。纯电阻负载不会介意这一点，但现代电加热器可能无法在如此时髦的输入电压下工作。

为现有加热器增加自动化。

我决定将太阳能路由器为一个专用加热器 (*) 供电的灵活性与我家中已安装的多个电加热器的开/关自动化相结合。

(*) 我从那个加热器上取下了所有电子设备以直接连接到它的电阻。

现有的加热器使用支持 wifi 的继电器进行控制。添加这些只需要非常适度的重新布线，因此很容易。

为什么还要用路由器？为什么不只使用现有的加热器？

因为现有的加热器是使用开/关命令控制的，并且它们具有固定的额定功率。所以 1kw 的加热器将消耗 1kw 或 0kw。有了这样的步进功能，不可能只消耗多余的，比方说，800w。

结合 eddi 和开/关自动化，典型的自动化场景是：

• 太阳升起，eddi 开始以 400w、600w、800w 的功率为其（例如 1kw）加热器供电……
• 随着太阳能产量的增加，eddi 一度为其加热器提供 1kw 的功率，并且无法再转移。太阳能将开始注入电网。
• 这是由应用程序检测到的（稍后会详细介绍），它将使用 wifi 继电器打开一个现有的（例如 1.5kw）加热器。
• 在 2kw 的太阳能生产中，现有加热器将消耗 1.5kw，eddi 将消耗 0.5kw。
• 当太阳能发电量超过 2.5kw 时，应用程序将打开第二个现有加热器。
• 随着太阳能产量下降（云、日落），应用程序将关闭现有加热器
• 等等..

现有的加热器将以离散的方式增加负载（通过增加额定功率），而 eddi 将始终消耗剩余的“剩余”。

除了自动化回路中的一些瞬态，任何能量都不应该被注入电网。

运行中的系统

下图来自我的太阳能监测应用程序。

第一个是在上述自动化之前。只安装了 eddi。

• 顶部的蓝色曲线代表每天的太阳能发电量。
• 底部的橙色曲线代表房屋的每日能源消耗。
• eddi 正在尽可能多地转移到它的加热器中，但太阳能生产过多，出现了一些过剩。
• 这种盈余（最底部的灰色区域）是输出到网格中的内容。

所以，那天，太阳能生产了 27 千瓦时，其中 9 千瓦时出口了。

自动化到位后，消耗曲线（橙色）很好地遵循生产曲线（蓝色），这意味着很少有能量留在桌子上（即出口）

每月视图：

电网状态读取

自动化应用需要知道电网和家庭之间电流流动的方向和强度，电流是从电网中汲取，还是输出到电网。

有很多方法可以获取此类信息：

• 在连接家庭和电力公司的电线周围安装专用电流钳（例如这个）。
• 一些消费者单位电表（由电力供应商提供）确实通过 API/协议提供此信息（法国的“Linky”提供）
• 我决定利用我的太阳能装置随附的监控设备，即Enphase envoy

Envoy 已经有一个用于电网监控的电流钳，因此不需要额外的硬件。此外，它还提供了一个本地REST API，允许自动化应用程序通过我家的 wifi 与位于 envoy box 本身的服务器进行交互。

这意味着我可以获得实时信息并且不依赖于任何云系统。

我还使用专用电流/电压传感器 (PZEM 004t) 来了解eddi转移的功率。即使自动化逻辑不需要，这也是一条有价值的信息，可用于构建漂亮的图形/统计信息。

控制加热器

现有的加热器配备了支持 wifi 的继电器。我选择了Shelly产品，因为它们有一个全面且文档齐全的 REST API，python 自动化应用程序可以使用它。

我现有的大多数加热器都带有所谓的“试验线”。该电线专为家庭自动化而设计，允许根据施加到该控制线上的 230V 交流电压将加热器配置为不同的模式。

• 舒适模式。加热器开启。加热器恒温器上设定的目标温度
• 生态模式。加热器开启。目标温度通常舒适 - 3 C
• 防冻。加热器关闭，除非环境温度降得太低（通常低于 7C）
• 停止：加热器关闭

Shelly 1PM继电器和一个简单的二极管允许将加热器设置为舒适模式或防冻模式。

二极管抑制交流电压的正极部分。上表显示这对应于 Antifreeze。

使用控制线，wifi 继电器不会切换加热器的电源（电源切换在加热器本身完成）。因此继电器不需要具有高额定功率

二极管抑制交流电压的正极部分。上表显示这对应于防冻剂。使用控制线，wifi 继电器不会切换加热器的电源（电源切换在加热器本身完成）。因此继电器不需要具有高额定功率

自动化逻辑

逻辑（在 Raspberry PI 上用 Python 实现）非常简单。它定期监控电网电流（使用 Enphase API），并根据电流方向（导出或汲取）使用 Shelly API 打开或关闭加热器。

先开哪个暖气片？通过大众投票，它是完全可配置的。加热器分为“主要”和“次要”，主要加热器在次要加热器之前打开。同样，辅助加热器将在主设备之前关闭。

也可以完全禁用自动化。通常，当我们不在/乐于让应用程序管理主/辅助加热器时，系统将以全自动方式运行。

一些行为（例如检查导出的频率、对网格状态变化的反应速度等）也是可配置的。

运行中的 eddi。太阳能发电量为 3.2Kw。家庭（例如烤箱、冰箱..）消耗 1.7Kw。Eddi 转移了大部分多余的部分 (1.3 Kw)。出口只有100W。

用智能手机控制

由于 solar2heater 应用程序旨在永远运行且无人值守，因此对应用程序管理给予了很多关注。

我使用出色的Blynk平台构建了一个智能手机应用程序来管理 solar2heater 应用程序的配置和监控。

使用 Blynk，无需在智能手机端编写代码，通过组装小部件构建应用程序。在 Raspberry PI 上运行的 Python 应用程序与这些小部件交互。

在上面的屏幕截图中，您可以看到受控加热器（黄线）上的功率如何合理地跟踪太阳能发电量（绿线），以及电网（红线）如何徘徊在 0 附近。

绿线和黄线之间的增量是房屋在受控加热器（冰箱等）之外消耗的电量

.

智能手机应用程序还提供对所有功率计的实时访问，并记录关键事件。查看正在运行的自动化逻辑非常方便。

Raspberry PI 使用 Linux 的Monit 进行监控。Monit 检查各种系统组件（网络连接、文件系统、内存、CPU、进程等）的健康状况，并对错误采取自动操作。

例如，如果 solar2heater 应用程序失败，它将自动重新启动。

至于事件报告，通过推送通知和电子邮件提供警报。

这一切使得系统“嵌入式”，即能够永远运行，无需过多关注

Raspberry PI 附加板

我还为 Raspberry PI 的附加板开发了 PCB（印刷电路板）（即它连接到标准 Raspberry Pi 的扩展接头）

PCB 设计可在 github 上获得

在 solar2heater 应用程序中，该板用于视觉提示（显示一些统计数据、事件）。它配备了 LED 和彩色显示屏。

板子设计的比较通用，也可以承载温度传感器、电流传感器、手势传感器、光线传感器、锂电池传感器、蜂鸣器、光耦等。

目前，我只是将显示用作文本，但是当我有时间时，我会构建更好的图形（编辑器说的好主意）

该系统现在已经正常工作了几个星期，确实，它确保我使用所有多余的太阳能来帮助我的房子供暖。

橙色区域对应房屋消耗的电力蓝色区域对应太阳能发电顶部的灰色区域对应从电网输入的电力底部的灰色区域对应输出到电网的电力

• 在一天的早些时候，房屋消耗的电力由电网（灰色和橙色火柴）提供。
• 早上的窄峰是下午 6 点左右加热水箱（我不需要太多，因为水箱已经很热了）
• 随着太阳能生产的增加（蓝色），电力被房屋的加热器（橙色）消耗。您可以看到云对生产和消费的影响。曲线底部非常小的灰色区域意味着没有电力输出到电网。加热器可以解决所有问题！！！！.