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自制离网太阳能光伏系统

发布时间:2021-12-11
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自制离网太阳能光伏系统

发布时间:2021-12-11
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大家好,我决定为我的房子配备离网光伏系统。我的主要目标是尽可能独立于网格。当然,由于我所在地区短暂的冬季(11 月至 2 月)缺乏阳光,目前无法实现完全独立。

尽管如此,我的计算预测我的设置应该能够满足我家全年 80% 的需求。此外,如果夏季月份(6 月、7 月和 8 月)产生的多余能量可以储存起来以备以后在冬天使用,那么完全独立就可以实现。这些令人鼓舞的数字帮助我做出了开展这个项目的决定。

最后要注意,如果没有全面的远程控制和监控系统,该项目就不会完成。您将在下文中找到电气设置(能源生产)和监控系统的说明。

补给品
1×太阳场辐照度和温度模块 (SFIT)
基于 Embedded Artists Android Open Accessory Kit 板。实现 NXP LPC11C24 Cortex M0。处理器
1×光伏现场监控板 (PVFM)
基于 LPCxpresso LPC1769 Cortex M3 处理器。用 C 编写的应用程序。 Hardawer 和 Software 是开源的
1×数据库和网络服务器
基于 Raspberry Pi Model B。使用开源 RRDtool 数据库 + Python、Javascript 和 Json 脚本。
1×光伏电池监控板 (PVBM)
基于 LPCxpresso LPC1769 Cortex M3 处理器。用 C 编写的应用程序。 Hardawer 和 Software 是开源的
1×在线源选择器 (OLSS)

相关说明
我的光伏(光伏)系统包括以下主要部分:

  • 由 16 个太阳能模块组成的太阳能场提供 4300 Wp(瓦特 - 峰值)的电力
  • 将 120 V 电池板输出电压转换为 48 V 电池电压的太阳能电池充电器
  • 在夜间提供能量的铅酸电池组
  • 逆变器将电池提供的 48 VDC 电压转换为家用电器的 230 VAC - 50 Hz
  • 自制的在线电源选择器,能够在 20 毫秒内在太阳能和电网电源之间切换

工作原理:

在白天,太阳能场的 960 个电池将太阳光(光子)转化为电能。这种转换的效率为 17%。这似乎是一个糟糕的数字,但由于太阳能可以达到 1000 W/m²,在这些条件下,该场产生 4300 瓦。这相当于7匹马的力量。没那么糟糕!太阳能电池板是英利熊猫 270 Wc 组件。

所述电池充电器转换高电压(120伏DC)来太阳能场的出到48 V DC,适合于蓄电池充电。由于太阳能光功率不断变化,充电器会不断跟踪最大功率点,以优化系统的产量。该电池充电器还管理电池的充电过程。该设备是系统中最复杂的部分。充电器是 Victron Blue Solar Charger 150/70 MPPT。

该电池 在白天被加载,并在夜间排出。它可以储存高达 10 千瓦时的电力。这足够一天的消费了。这是一个很短的时间,但它的重量仍然是 500 公斤(1/2 吨)。我希望我的电池至少有 7 年的使用寿命。电池是 8 节 Vipiemme 12V/230 AH 半固定电池。在不增加其重量和尺寸的情况下增加电池组的容量是未来的一个重要挑战。

的逆变器转换的48 VDC电池电压为230伏AC。逆变器的额定功率为 5KW 永久和 5 分钟内 10 KW。得益于如此大的额定值,我们可以使用所有经典的“耗能”家用电器,如厨房电烤箱、洗碗机、洗衣机甚至干衣机。当逆变器提供 10 千瓦时,电池电流可能会攀升至 200 安培。该逆变器是一个VICTRON凤凰48V / 230V 5KVA逆变器。

该网是公共电网。在法国,电力主要由 EDF(Electricité de France)提供和分配。核电站目前生产法国 85% 的电力。在我看来,电(非常)便宜:大约 0.12 欧元/千瓦时。可以打赌,一旦是时候拆除许多法国破旧的核电站,这个价格就会上涨很多。我们的孩子可能需要支付账单。

所述源选择器能够将太阳能和电网能量几乎瞬时(少于20毫秒)之间进行切换。这确保了能源的变化对于房屋的居民来说通常是察觉不到的。这还可以防止 PC 和电子设备崩溃。当电池过度放电而无法继续使用太阳能时,或者当电池在沉闷的一天后再次充电时,就会发生电源切换。源选择器的设计可 随时防止太阳能系统与电网并联。 该 信号源选择是完全个人的设计。

效果图示意:

完整的太阳场

中间底部的小面板是测量面板。该面板随时测量可用的太阳能。

晚上,灯光指示房屋是由光伏系统(青色 - 蓝色)还是电网(黄色 - 红色)供电 

房屋由光伏系统供电    电网目前正在供应房屋

房屋内部:电池组、逆变器和太阳能充电器(从左到右)
大灰色盒子包含保险丝、断路器和防雷装置。小的包含 PV 现场监控板 (PVFM)、托管数据库和 Web 用户界面的 Raspberry Pi 以及 CAN 总线主干。


 


充电器表示首次生产兆瓦时    
 
在线源选择器

监控系统(=系统设计文件)
我的目标是准确获取系统任何阶段存在的每个电压和电流。由于使用单个采集板很难实现这一点,因此我决定为系统的每个主要部分使用专用采集板来设计分布式架构。板之间的通信由工作在 500 Kbits/s 的 CAN 总线执行。

监控系统包括以下模块和板卡:

  • 太阳能场辐照度和温度模块 (SFIT):连接到专用的小型测量 PV 面板。测量可用的太阳能(辐照度)和场地温度。
  • PV Field Monitor 板:获取由 4 块电池板组成的 4 串太阳能模块提供的电流和电压。充当 CAN 总线和串行端口之间的网关。
  • Raspberry Pi:获取 CAN 总线上可用的数据并将其存储在数据库 ( RRDtool ) 中。承载MyPV Web服务器。Rpi 连接到我的家庭以太网。
  • PV Battery Monitor board (PVBM):获取电池电压、电流和温度。根据电池充电状态管理 MyPV 和电网电源之间的自动切换。该模块配备了一个 Wifi 模块,充当 CAN 总线和以太网之间的网关。
  • 在线电源选择器 (OLSS):在不到 20 毫秒的时间内在 MyPV 电源和电网电源之间切换。该设备通过 CAN 总线消息进行控制。

下图显示了这是如何围绕 CAN 总线组织的:

人机界面 (HMI) 
监控子系统的板和模块都没有提供任何与用户的接口(但有一些活动 LED)。  
这是故意的:由于该系统应被远程控制和监督,因此整个 HMI 必须通过一些“最新”的远程功能可用,例如 Android 应用程序和/或 Web 用户界面 (WUI)。从这个角度来看,在本地 HMI 上所做的任何努力都是徒劳的。

事实上,我在去年开发了两种类型的接口:

  • PV 系统管理器 (PVSM) Android 应用程序:该应用程序为用户提供与系统的“实时”交互。此应用程序可在本地和任何地方使用,前提是可以访问 Internet。这是一个真正的“点对点”应用程序。它一次只能在一台设备上运行。由于它允许控制系统,因此此应用程序是私有的,永远不会在 Google Play 上提供 :-)。尽管如此,Java 项目是开源的。
  • 该 MyPV网站:此动态站点是由专用的树莓派主持。内置的 RRDtool 数据库以分钟为基础捕获 CAN 总线上可用的数据。Python 脚本创建了有价值的图表,允许用户“一目了然”了解系统的状态。“选择”选项卡可以访问“自定义酿造”图表。用户可以在 40 种不同的数据中选择显示。 

在 10 英寸平板电脑上执行的 Android PVSM 应用程序

电池当前正在以 7A 速率充电(涓流充电)     电池目前正在以 38A 的速率放电

10寸平板电脑浏览器显示的日产量图表 

显示每周产量的同一台平板电脑

感谢您的阅读和关注。

外文原文:点击进入
声明:本文由Hackaday授权电路城翻译,系电路城的原创内容,转载请注明出处! 

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