描述

它有什么作用，為什么？

作為一個(gè)自豪的小型光伏系統(tǒng)的所有者，令我感到痛苦的是，我?guī)缀鯖](méi)有回報(bào)地出口大部分發(fā)電量，而在太陽(yáng)下山時(shí)以更高的價(jià)格進(jìn)口。

白天用多余的太陽(yáng)能為電熱水儲(chǔ)水箱“充電”，而不是將其輸出到電網(wǎng)，這在某種程度上可以彌補(bǔ)不平衡、節(jié)省資金和保護(hù)地球。

該項(xiàng)目旨在滿足以下要求：

• 每天將水加熱到最低溫度，以防止軍團(tuán)病和冷水淋浴。
• 僅在沒(méi)有足夠的多余太陽(yáng)能以達(dá)到每日最低溫度時(shí)才輸入電力。
• 下午 3 點(diǎn)到晚上 9 點(diǎn)之間禁止供電（高峰電費(fèi)）。
• 最小的射頻干擾。

確定可用功率：

為了確定發(fā)送到加熱元件的功率量，系統(tǒng)需要知道“房子”是輸入還是輸出功率。在我的例子中，此信息是通過(guò)對(duì)基于 NodeMCU 的 4 象限功率計(jì)的 HTTP 請(qǐng)求獲得的，這不是該項(xiàng)目的一部分。

HTTP 的替代方案：在 ESP32 上實(shí)施太陽(yáng)能分流器（這樣您就有多個(gè)模擬輸入）并使用 analogueRead() 讀取以下項(xiàng)目的輸出以獲得功率導(dǎo)入/導(dǎo)出讀數(shù)。您可能需要添加一個(gè)運(yùn)算放大器電路或類似的東西來(lái)將可用電壓范圍轉(zhuǎn)換為更適合 ADC 的電壓范圍。

硬件

主要組件是一個(gè)溫度傳感器，我把它推到水箱周圍的絕緣層下，一個(gè)固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)加熱元件，一個(gè)基于 NodeMCU/ESP8266 的控制器提供智能。

罐壁和保溫層之間的溫度傳感器

?

?

控制器+5v電源

?

?

負(fù)載控制

必須以平衡產(chǎn)生的多余太陽(yáng)能的方式來(lái)控制加熱功率。

最明顯的方法是使用“相位延遲”開(kāi)關(guān)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件，但這會(huì)產(chǎn)生大量 RFI。或者，可以使用繼電器或雙向晶閘管定期打開(kāi)/關(guān)閉電源：沒(méi)有 RFI，但電表將記錄交替的輸出和輸入，而不僅僅是零消耗。

快樂(lè)的中位數(shù)：一個(gè)“突發(fā)式”開(kāi)關(guān)固態(tài)接觸器（過(guò)零），它在 36 周期突發(fā)周期（50Hz 網(wǎng)格）的可變部分關(guān)閉。實(shí)際上，這仍然是開(kāi)/關(guān)原則，但速度足夠快，電表記錄平均消耗而不是單獨(dú)的導(dǎo)入/導(dǎo)出事件。

選擇“36”個(gè)周期是因?yàn)榧訜嵩?3600W，因此每個(gè)“開(kāi)啟”周期都會(huì)增加一個(gè)易于記憶的 100W 功率。

駕駛SSR ：

TRIAC 的輸入由軟件定時(shí)器 (ssr_control_fun) 在每個(gè)電源周期 (= 20 ms) 上的回調(diào)確定，每個(gè)周期編號(hào)為 [0..35]。

循環(huán)是“開(kāi)”還是“關(guān)”由 3 個(gè)變量控制：

• bBoost：表示我們必須以最大速率加熱，以便在下午 3 點(diǎn)之前達(dá)到所需的水溫。
• nDivertCycles：仍然導(dǎo)致凈導(dǎo)出的最大“開(kāi)啟”周期數(shù)。
• nLimitCycles：加熱元件與內(nèi)置機(jī)械恒溫器一起位于水箱底部。水箱依靠對(duì)流將熱量從底部元件傳輸?shù)剿漤敳俊?/font>不幸的是，在全功率下，恒溫器會(huì)在水箱完全“充電”之前啟動(dòng)。在恒溫器再次關(guān)閉電路之前，溫度需要下降近 10 度。同時(shí)，可能會(huì)浪費(fèi)大量太陽(yáng)能…… 值會(huì)限制在水溫接近恒溫器觸發(fā)點(diǎn)時(shí)發(fā)送到水箱的功率，從而允許更長(zhǎng)的滲透時(shí)間。

// Cycles per period to divert excess power.
static int16_t		nDivertCycles;

// Max cycles per period to prevent the thermostat from triggering early.
static int16_t		nLimitCycles;

// Max power boost is required to reach by .
static bool			bBoost;



static void ssr_control_fun( void * )
// Runs on a 20msec timer, i.e. once every mains cycle.
// counts cycles, turns off power after the specified # of cycles,
// resets at the end of the PWM period.
{
	static int16_t		iCurrentCycle;	// Current cycle counter.
	
	// Turn on SSR until we have reached nDivertCycles, or when we need to boost.
	digitalWrite
	(	ssrControlPin, 
			(	bBoost											// Always on when boosting.
			||	(haveImport && (iCurrentCycle < nDivertCycles))// or when diversion is on
			)
		&&	(iCurrentCycle < nLimitCycles)	// either way, never exceed temp based power limit.
	);
	
	// Give each cycle a number 0..PwmCycles-1
	iCurrentCycle = (iCurrentCycle+1) % PwmCycles;
}

促進(jìn)：

我們需要在每天下午 3 點(diǎn)之前達(dá)到 ：我們估計(jì)從當(dāng)前溫度到 應(yīng)用全功率需要多長(zhǎng)時(shí)間。=67>如果晚于下一個(gè)下午 3 點(diǎn)，則激活“提升”。估計(jì)時(shí)間基于一組 10 度溫度間隔，其中包含應(yīng)用滿載時(shí)估計(jì)度數(shù)/小時(shí)的增加。

// Target temperature to aim for by TargetTOD
#define TargetTemp			67



// Time-of-day after which only solar power should be used (secs)
// (start of peak tariff)
#define TargetTOD		(15 * SECS_PER_HOUR)

// Estimated average temperature rise for every hour under 100% power (C/hr)
// The rate varies depending on temp in 10 degree increments, starting at 0.

static const uint8_t	heating_rates[] =
            {	15, 15, 13, 11,  9,  7,  6,  6,  6 };
// start-temp	0    10    20    30    40    50    60	70    80

static float heatingTime( const float from, const float to ) {....}
// estimated time in hours to reach  starting at 

static void updateBoost(const uint32_t	utc, const float curTemp) {....}
// Check if it is still possible to reach  by  at less
// than full power. If not, start a 15 min timer to turn on full power.
// The timer is prevent unnecessary boosts (which cost money) due to temporary
// temperature reductions when the hot tap is opened and cold water flows in.

轉(zhuǎn)移周期：

轉(zhuǎn)移的功率量通過(guò) nDivertCycles 控制，應(yīng)用 36 個(gè)功率中的循環(huán)數(shù)。該值通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的反饋回路確定：系統(tǒng)每 10 秒檢查一次當(dāng)前功率輸出/輸入水平并調(diào)整活動(dòng)周期數(shù)以獲得 0 到 100W 之間的輸出。

static void updateDivertCycles( const int16_t exp )
// Updates nDivertCycles to match spare power.

極限循環(huán)：

（可選）為了最大化存儲(chǔ)容??量，我們需要防止內(nèi)置在水箱中的機(jī)械恒溫器斷開(kāi)電路。這發(fā)生在大約 69℃。不幸的是，在全功率下，水箱內(nèi)的溫度分布使得我靠在水箱壁上的傳感器不能很好地指示內(nèi)置恒溫器的溫度。所以我們需要降低功率，以便在不觸發(fā)恒溫器的情況下進(jìn)一步加熱水箱。

這是通過(guò)線性減少最大值來(lái)完成的。在 67 和 69℃ 之間從 100% 到 12.5% 的活性循環(huán)數(shù)。

static void updateLimitCycles( const float curTemp )
// Limit the duty-cycle when water temperature exceeds TargetTemp

當(dāng)?shù)貢r(shí)間：

該系統(tǒng)旨在每天在同一當(dāng)?shù)貢r(shí)間完成對(duì)水的加熱。因此，它需要訪問(wèn)時(shí)間服務(wù)器以獲取 UTC，并將 UTC 轉(zhuǎn)換為本地時(shí)間，同時(shí)考慮夏令時(shí)的變化。

獲得 UTC 是相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的。本地時(shí)間的轉(zhuǎn)換由“timeZone”庫(kù)模塊提供（根據(jù) Jack Christensen 的設(shè)計(jì)稍作修改）。timeZone 模塊為澳大利亞維多利亞州提供轉(zhuǎn)換例程和單一時(shí)區(qū)規(guī)范。您需要修改/添加您所在地區(qū)的 TZ 規(guī)范。

時(shí)區(qū).cpp

// Victoria, Oz timezone
static TimeChangeRule aeST = {"AEST", First, Sun, Apr, 3, 600};   // UTC + 10 hours
static TimeChangeRule aeDT = {"AEDT", First, Sun, Oct, 2, 660};   // UTC + 11 hours
Timezone ae(aeDT, aeST);

solar_diverter_report.ino:

#include                   // settimeofday_cb()
#include 

const uint32_t	utc = utcTime();
const uint32_t	localTime = ae.toLocal( utc );

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控：

該系統(tǒng)包括許多 http/svg 網(wǎng)頁(yè)，提供多個(gè)時(shí)間尺度上的溫度/功率歷史記錄。提供了代碼，但沒(méi)有記錄......

陰天：太陽(yáng)能不足，導(dǎo)致多次升壓。

?

?