描述

您的太陽能裝置可能會向電力公司輸送能量。

當(dāng)您將太陽能添加到并網(wǎng)家庭中，并打算消耗自己的生產(chǎn)（即自我消耗）時，您會很快意識到任何未被您家消耗的太陽能都將進入電網(wǎng)。

這稱為“注入”或“導(dǎo)出”。注入的能量稱為“過剩”或“過?！碧柲?。

對此無能為力。產(chǎn)生的太陽能必須去某個地方..

并網(wǎng)太陽能系統(tǒng)旨在始終以太陽能電池板的最大生產(chǎn)能力運行，通常不能“要求減速”。

有關(guān)注射的規(guī)定因國家/地區(qū)而異。可以允許、容忍或嚴格禁止注射。在一些國家，你可以從出口能源中得到一些錢，在另一些國家則不能，而在另一些國家，你甚至需要為出口付費！

電網(wǎng)的設(shè)計理念并不是數(shù)以百萬計的微小發(fā)電點同時注入電力（晴天的中午）。電網(wǎng)運營商對這種注入對電網(wǎng)穩(wěn)定性的任何影響持謹慎態(tài)度。

在我居住的法國，不允許從自用裝置注入（對少量功率有某種容忍度）。

除了任何監(jiān)管問題，這也是一個遺憾。為什么要投資太陽能裝置而最終將部分產(chǎn)品免費提供給電力公司？

那么如何最大化自我消費呢？

最大化自我消費

有多種方法可以最大化自我消費：

• 在晴天時手動打開耗能大的電器（例如洗衣機、烘干機、熨斗……）。這需要一點紀律、習(xí)慣的改變，以及一定程度的精神力量（曾經(jīng)有過一旦洗碗機裝滿臟東西就想啟動的沖動嗎？）
• 使用多余的太陽能來加熱水箱，而不是在晚上使用電網(wǎng)能源。這是迄今為止太陽能盈余最常見的用途，這需要安裝“太陽能路由器”（稍后會詳細介紹）。

當(dāng)然，我的家人已經(jīng)被訓(xùn)練（洗腦？）具有上述紀律。

然而，我們并不總是在家，而且我的水箱已經(jīng)用“熱能”太陽能（即太陽能直接轉(zhuǎn)化為熱水）加熱。

我住在法國阿爾卑斯山，有半年時間我需要給房子供暖。但我想要的是一種自動將所有多余的太陽能饋入現(xiàn)有電加熱器的方法。

這個自動化應(yīng)用程序來了：solar2heater （Raspberry PI 上的 Python。在github 上可用）

太陽能路由器不錯，但還不夠。

太陽能路由器是讀取您的房屋和電網(wǎng)之間的功率流的設(shè)備。一旦能量被輸出，它們就會將其轉(zhuǎn)移到一個特定的設(shè)備，以消耗恰好這個數(shù)量的能量（不多也不少）。

這些設(shè)備通常用于為熱水器的電阻供電；從而用原本會被輸出的能量加熱水。

太陽能路由器有多種型號。我正在使用myenerg i的eddi 。我選擇此設(shè)備是因為它與我的太陽能電動汽車充電器配合使用，但這是另一篇文章的主題。

然而，僅此設(shè)備并不能滿足我的需求：

• 我希望能夠使用現(xiàn)有的電加熱器。不幸的是，太陽能路由器只能為連接在其專用交流輸出上的設(shè)備供電。重新布線現(xiàn)有的加熱器是不行的。
• 太陽能路由器具有最大功率輸出。我的就算夠裝一個水箱，也不及我的太陽能電池板的生產(chǎn)能力。
• 太陽能路由器旨在產(chǎn)生可變功率（即任何時間點的多余太陽能值）。這是通過修改交流電壓（例如使用 100 伏而不是傳統(tǒng)的 230 伏）或通過扭曲交流正弦波來實現(xiàn)的。純電阻負載不會介意這一點，但現(xiàn)代電加熱器可能無法在如此時髦的輸入電壓下工作。

為現(xiàn)有加熱器增加自動化。

我決定將太陽能路由器為一個專用加熱器 (*) 供電的靈活性與我家中已安裝的多個電加熱器的開/關(guān)自動化相結(jié)合。

(*) 我從那個加熱器上取下了所有電子設(shè)備以直接連接到它的電阻。

現(xiàn)有的加熱器使用支持 wifi 的繼電器進行控制。添加這些只需要非常適度的重新布線，因此很容易。

為什么還要用路由器？為什么不只使用現(xiàn)有的加熱器？

因為現(xiàn)有的加熱器是使用開/關(guān)命令控制的，并且它們具有固定的額定功率。所以 1kw 的加熱器將消耗 1kw 或 0kw。有了這樣的步進功能，不可能只消耗多余的，比方說，800w。

結(jié)合 eddi 和開/關(guān)自動化，典型的自動化場景是：

• 太陽升起，eddi 開始以 400w、600w、800w 的功率為其（例如 1kw）加熱器供電……
• 隨著太陽能產(chǎn)量的增加，eddi 一度為其加熱器提供 1kw 的功率，并且無法再轉(zhuǎn)移。太陽能將開始注入電網(wǎng)。
• 這是由應(yīng)用程序檢測到的（稍后會詳細介紹），它將使用 wifi 繼電器打開一個現(xiàn)有的（例如 1.5kw）加熱器。
• 在 2kw 的太陽能生產(chǎn)中，現(xiàn)有加熱器將消耗 1.5kw，eddi 將消耗 0.5kw。
• 當(dāng)太陽能發(fā)電量超過 2.5kw 時，應(yīng)用程序?qū)⒋蜷_第二個現(xiàn)有加熱器。
• 隨著太陽能產(chǎn)量下降（云、日落），應(yīng)用程序?qū)㈥P(guān)閉現(xiàn)有加熱器
• 等等..

現(xiàn)有的加熱器將以離散的方式增加負載（通過增加額定功率），而 eddi 將始終消耗剩余的“剩余”。

除了自動化回路中的一些瞬態(tài)，任何能量都不應(yīng)該被注入電網(wǎng)。

運行中的系統(tǒng)

下圖來自我的太陽能監(jiān)測應(yīng)用程序。

第一個是在上述自動化之前。只安裝了 eddi。

• 頂部的藍色曲線代表每天的太陽能發(fā)電量。
• 底部的橙色曲線代表房屋的每日能源消耗。
• eddi 正在盡可能多地轉(zhuǎn)移到它的加熱器中，但太陽能生產(chǎn)過多，出現(xiàn)了一些過剩。
• 這種盈余（最底部的灰色區(qū)域）是輸出到網(wǎng)格中的內(nèi)容。

所以，那天，太陽能生產(chǎn)了 27 千瓦時，其中 9 千瓦時出口了。

自動化到位后，消耗曲線（橙色）很好地遵循生產(chǎn)曲線（藍色），這意味著很少有能量留在桌子上（即出口）

每月視圖：

電網(wǎng)狀態(tài)讀取

自動化應(yīng)用需要知道電網(wǎng)和家庭之間電流流動的方向和強度，電流是從電網(wǎng)中汲取，還是輸出到電網(wǎng)。

有很多方法可以獲取此類信息：

• 在連接家庭和電力公司的電線周圍安裝專用電流鉗（例如這個）。
• 一些消費者單位電表（由電力供應(yīng)商提供）確實通過 API/協(xié)議提供此信息（法國的“Linky”提供）
• 我決定利用我的太陽能裝置隨附的監(jiān)控設(shè)備，即Enphase envoy

Envoy 已經(jīng)有一個用于電網(wǎng)監(jiān)控的電流鉗，因此不需要額外的硬件。此外，它還提供了一個本地REST API，允許自動化應(yīng)用程序通過我家的 wifi 與位于 envoy box 本身的服務(wù)器進行交互。

這意味著我可以獲得實時信息并且不依賴于任何云系統(tǒng)。

我還使用專用電流/電壓傳感器 (PZEM 004t) 來了解eddi轉(zhuǎn)移的功率。即使自動化邏輯不需要，這也是一條有價值的信息，可用于構(gòu)建漂亮的圖形/統(tǒng)計信息。

控制加熱器

現(xiàn)有的加熱器配備了支持 wifi 的繼電器。我選擇了Shelly產(chǎn)品，因為它們有一個全面且文檔齊全的 REST API，python 自動化應(yīng)用程序可以使用它。

我現(xiàn)有的大多數(shù)加熱器都帶有所謂的“試驗線”。該電線專為家庭自動化而設(shè)計，允許根據(jù)施加到該控制線上的 230V 交流電壓將加熱器配置為不同的模式。

• 舒適模式。加熱器開啟。加熱器恒溫器上設(shè)定的目標溫度
• 生態(tài)模式。加熱器開啟。目標溫度通常舒適 - 3 C
• 防凍。加熱器關(guān)閉，除非環(huán)境溫度降得太低（通常低于 7C）
• 停止：加熱器關(guān)閉

Shelly 1PM繼電器和一個簡單的二極管允許將加熱器設(shè)置為舒適模式或防凍模式。

二極管抑制交流電壓的正極部分。上表顯示這對應(yīng)于 Antifreeze。

使用控制線，wifi 繼電器不會切換加熱器的電源（電源切換在加熱器本身完成）。因此繼電器不需要具有高額定功率

二極管抑制交流電壓的正極部分。上表顯示這對應(yīng)于防凍劑。使用控制線，wifi 繼電器不會切換加熱器的電源（電源切換在加熱器本身完成）。因此繼電器不需要具有高額定功率

自動化邏輯

邏輯（在 Raspberry PI 上用 Python 實現(xiàn)）非常簡單。它定期監(jiān)控電網(wǎng)電流（使用 Enphase API），并根據(jù)電流方向（導(dǎo)出或汲?。┦褂?Shelly API 打開或關(guān)閉加熱器。

先開哪個暖氣片？通過大眾投票，它是完全可配置的。加熱器分為“主要”和“次要”，主要加熱器在次要加熱器之前打開。同樣，輔助加熱器將在主設(shè)備之前關(guān)閉。

也可以完全禁用自動化。通常，當(dāng)我們不在/樂于讓應(yīng)用程序管理主/輔助加熱器時，系統(tǒng)將以全自動方式運行。

一些行為（例如檢查導(dǎo)出的頻率、對網(wǎng)格狀態(tài)變化的反應(yīng)速度等）也是可配置的。

運行中的 eddi。太陽能發(fā)電量為 3.2Kw。家庭（例如烤箱、冰箱..）消耗 1.7Kw。Eddi 轉(zhuǎn)移了大部分多余的部分 (1.3 Kw)。出口只有100W。

用智能手機控制

由于 solar2heater 應(yīng)用程序旨在永遠運行且無人值守，因此對應(yīng)用程序管理給予了很多關(guān)注。

我使用出色的Blynk平臺構(gòu)建了一個智能手機應(yīng)用程序來管理 solar2heater 應(yīng)用程序的配置和監(jiān)控。

使用 Blynk，無需在智能手機端編寫代碼，通過組裝小部件構(gòu)建應(yīng)用程序。在 Raspberry PI 上運行的 Python 應(yīng)用程序與這些小部件交互。

在上面的屏幕截圖中，您可以看到受控加熱器（黃線）上的功率如何合理地跟蹤太陽能發(fā)電量（綠線），以及電網(wǎng)（紅線）如何徘徊在 0 附近。

綠線和黃線之間的增量是房屋在受控加熱器（冰箱等）之外消耗的電量

.

智能手機應(yīng)用程序還提供對所有功率計的實時訪問，并記錄關(guān)鍵事件。查看正在運行的自動化邏輯非常方便。

Raspberry PI 使用 Linux 的Monit 進行監(jiān)控。Monit 檢查各種系統(tǒng)組件（網(wǎng)絡(luò)連接、文件系統(tǒng)、內(nèi)存、CPU、進程等）的健康狀況，并對錯誤采取自動操作。

例如，如果 solar2heater 應(yīng)用程序失敗，它將自動重新啟動。

至于事件報告，通過推送通知和電子郵件提供警報。

這一切使得系統(tǒng)“嵌入式”，即能夠永遠運行，無需過多關(guān)注

Raspberry PI 附加板

我還為 Raspberry PI 的附加板開發(fā)了 PCB（印刷電路板）（即它連接到標準 Raspberry Pi 的擴展接頭）

PCB 設(shè)計可在 github 上獲得

在 solar2heater 應(yīng)用程序中，該板用于視覺提示（顯示一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)、事件）。它配備了 LED 和彩色顯示屏。

板子設(shè)計的比較通用，也可以承載溫度傳感器、電流傳感器、手勢傳感器、光線傳感器、鋰電池傳感器、蜂鳴器、光耦等。

目前，我只是將顯示用作文本，但是當(dāng)我有時間時，我會構(gòu)建更好的圖形（編輯器說的好主意）

該系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)正常工作了幾個星期，確實，它確保我使用所有多余的太陽能來幫助我的房子供暖。

橙色區(qū)域?qū)?yīng)房屋消耗的電力藍色區(qū)域?qū)?yīng)太陽能發(fā)電頂部的灰色區(qū)域對應(yīng)從電網(wǎng)輸入的電力底部的灰色區(qū)域對應(yīng)輸出到電網(wǎng)的電力

• 在一天的早些時候，房屋消耗的電力由電網(wǎng)（灰色和橙色火柴）提供。
• 早上的窄峰是下午 6 點左右加熱水箱（我不需要太多，因為水箱已經(jīng)很熱了）
• 隨著太陽能生產(chǎn)的增加（藍色），電力被房屋的加熱器（橙色）消耗。您可以看到云對生產(chǎn)和消費的影響。曲線底部非常小的灰色區(qū)域意味著沒有電力輸出到電網(wǎng)。加熱器可以解決所有問題?。。?！.