Soupis všeho kolem mého solárního počinu. Bude postupně sepisováno.. snad.

Pokud naleznete překlepy nebo máte návrhy na úpravy, vytvořte k tomuto článku pull request na GitHubu přes odkaz níže.

blog/solarni-elektrarna.md

Nebo mi můžete napsat další návrhy pod tento tweet nebo soukromou zprávou.

Obsah

Úvod

Elektrárnu nosím roky v hlavě, sem tam jsem si něco přečetl, roky měřím spotřebu chytrým elektroměrem a každých 30 sekund ukládám asi 50 veličin. Tehdy jsem ještě netušil proč, ale proč ne 🙂 Takže mám představu v čase a na kterých fázích co se děje v různých ročních obdobích.

Navíc z grafů je dost patrné a po použití (neumělé) inteligence lze rozlišit v nočních hodinách cyklování ledničky, oběhového čerpadla kotle. Jiné věci co zase jedou furt (rack se serverem, switchi, WiFi AP, kamery) lze taky vidět a uděláte si tak představu o jakési “idle” spotřebě. Začít řešit tuhle “idle” spotřebu je asi nejsnažší na výpočet a představu jak uspořit. Možná se 100W trvale celý rok moc nezdá, ale v roce je to 870 kWh což může být třeba 5 kKč ročně. (snad moc nekecám)

Požadavky

No a protože se říká, že elektrárnu chcete, když ji má soused, tak došlo i na mě 🙂 Navíc teď vše leze nahoru, komponent moc není, už to dlouho nosím v hlavě a nic nedělám. Je třeba začít.

Jo, ještě poznámka že primární důvod je soběstačnost, pak nějaká “návratnost”, jak si ji každý počítá trošku jinak.

Slaboproudou a low power elektronikou se zabývám už od roku 2007. Trochu jsem se dovzdělal z Internetu, nachytřil od známých co už na střeše nějaký ten větší křemík mají a samozřejmě sledoval ampéráka.

Od začátku jsem chtěl systém, který:

• bych si nejprve s nižší investicí vyzkoušel jako “technologický demonstrátor”
• po ověření základní funkce a prvních zkušenostech bych klidně už po pár týdnech dokoupil další baterky, druhý měnič
• nechci prodávat elektřinu
• je ostrovní, takže galvanicky oddělený a není nutné nic řešit s distributorem
• nechci dotace, projekty, byrokracii a omezení na 10 kWp

Obhlídka terénu a poloha slunce v zimě⛄

V našich podmínkách je v zimě slunce nad obzorem asi 19°. Pro základní obhlídku plochy garáže jsem použil Android appku Clinometer Camera kde je možné kameru natočit na překážku a z akcelerometru se určí úhel (elevace?). Dovede si tak udělat představu která místa jsou při nízkém slunci v zimě zastíněna.

Dalším krokem byla aplikace která vám přes “Augumented reality” doplní do obrazu z kamery polohu slunce. Používá akcelerometr i magnetometr (pro azimut) a je to překvapivě dost přesné. Můžete zkusit že když foťák namíříte na slunce, tak se predikovaná pozice slunce fakt překrývá.

Doporučím tyhle dvě Android appky

• SunPath
• Sun’s Path

Návrh rozmístění panelů

Pro první verzi elektrárny jsem si říkal, že nahodím panely na plochou garáž. Je to trochu komplikovanější, protože v zimě je asi půlka zakrytá sousedním domem, ale vymyslel jsem to tak, že jedna řada panelů bude pod úhlem 30° vždy na slunci.

Tato první vyšší řada je zoptimalizovaná, že panely jsou naležato a jsou 2 řady nad sebou, 4 vedle sebe. Panel 300Wp, takže celkových 2,4 kWp.

Druhá, menší řada, která je v zimě zastíněná, má menší sklon asi 20° a vejdou se tam čtyři 300 Wp panely naležato vedle sebe - 1200 Wp. Menší úhel je zvolený tak, aby nestínil první řadě panelů.

Na výpočet rozměrů a úhlů postavení panelů s ohledem na nejnižší úhel slunce v zimě jsem si udělal ve FreeCADu hezký parametrický model pohledu z boku.

Tak jsem si zjistil zda se mi ty 2 řady za sebou na 4 metrovou šířku garáže vejdou.

Poměrně dlouho jsem si s rozložením hrál. Ta menší druhá řada panelů je v zimě zastíněná sousedním domem. Takže pokud ji chci vyřadit přes zimu, musím ji nějak odpojovat. Oboje zapojení ale musí vyhovovat min/max napětí měniče. Takže 8 panelů měnič dá, 10 tak tak a když jich je více, tak sice v létě to maximální nezatížené napětí vychází pod 450, ale když klesne teplota a článek má vyšší efektivitu tak mohou nastat světelné podmínky kdy to vyrobí i 110% výkonu a hned máte na stringu 500 V i přesto, že vám dle štítku na panelu vycházelo krásných 440 V.

Zde je tabulka výpočtů počtu panelů v sérii a různé projekce maximálního napětí při nízkých teplotách.

Na výpočty napětí při různých teplotách jsem použil tuhle online kalkulačku, pokud znáte lepší, pošlete PR na github.

Z tabulky je patrné, že 11 panelů by v létě šlo, ale při nižších teplotách by to mohlo bouchnout. Někde jsem četl, že i v létě po chladném dešti a rozložení mraku může nastat situace, kdy panel dostane přímý zásah slunce, ale od okolních mraků ještě další fotony difuzním osvětlením a jste na hraně s napětím.

Trochu jsem si říkal, jestli nezapojím těch 11 a nedám k měniči nějaký výkonový rezistor, který by zaručil že tam úplně otevřené napětí nikdy nebude. Možná existuje i nějaký MOSFET/transil? Nevím.

Parametry

Vybral jsem tyto komponenty:

• Axpert MKS III 5kW, 450V string
• Pylontech US2000C 2.4kW

Měnič a dobíječ Axpert🔌

Tato čínská bedýnka od firmy Voltronic v sobě spojuje jeden MPPT dobíječ pro string s napětím 120-430V a 5 kW invertor. Maximální napětí je 450V. Tohle se mi dost líbí, protože spojíte spoustu panelů a nemusíte je spojovat sérioparalelně. Navíc nejste připraveni o elektrický oblouk když nesprávným způsobem odpojujete string pod proudem 🙂

Zde je ukradený diagram z jiného typu pro představu, že vše co potřebujete je vlastně v měniči a zbývá to jen dobře vymyslet a zapojit.

Pro představu takto vypadají všechny segmenty na displeji. V něm jde rozeznat kudy všudy může energie proudit.

Zatím funguje parádně, pokud mě jednou zklame, půjde z baráku a další zařízení by bylo asi od Victronu. Tento Axpert se dá spojovat paralelně, takže je možné druhým kusem posílit výkon na 10 kW a získám tím druhý MPPT vstup z dalšího solárního stringu. Idle spotřeba je uváděna 10W, ale to je Standby s vypnutým invertorem. Běžně jste na 60 W. Je proto na zvážení jestli mít jeden výkonnější měnič co bere třeba 90W v idle, nebo dva stejné kde součet bude 120W.

Pylontech US2000C🔋

Tady jsem dost řešil jestli pro první prototyp elektrárny olovo, nebo lithium. Naštěstí mi bylo olovo rozmluveno jedním solárníkem, dokonce i Ampérák to komentoval, že pokud nemáte přísun levných baterií tak lithium vydrží déle. Já v tom nejsem úplný expert takže můžete mít jiný názor 🙂

Další rozhodování bylo zda si baterku postavit, nebo jít do hotových. Trochu jsem to studoval, ale řešil jsem hromadu jiných technických záležitostí a návrh baterky jsem taky outsourcoval na čínského výrobce Pylontech.

Baterie v sobě nemá jen balancery, ale i FET tranzistory odpojující přívodní svorky. Takže v případě vybití, přebití, nadproudu dovnitř nebo ven to bude neustále chránit baterii. Něco co se blíží tomuto konceptu nabízí JK BMS nebo přehled variant např. na českém eshopu zde. Je možné, že se na něj ještě dostane v budoucnu.

Ohledně kapacity je zas nutné si uvědomit, že pokud má měnič idle spotřebu 60W, tak přes období třeba 14 hodin kdy od večera do rána nesvítí spotřebuje z baterek 840 Wh.

Pořídil jsem pro začátek 2 ks, ale už teď nějak cítím, že bude třeba přikoupit. Navíc dělat elektrárnu teď před podzimem, kdy každým dnem je energie méně a méně, je dost depresivní 🙂

UPDATE 30.8.2022: Přikoupil jsem Pylontech US3000C. Je to 3.55 kWh a celkově tedy mám 2*2.4 + 3.55 = 8.35 kWh. Musím říct že to dost pomáhá ráno, kdy jsem byl skoro vždy kolem 10% SOC a nyní když je hezky tak mám klidně i 40% SOC. Takže už se dá bez obav hodit i pračka/myčka z baterek i když je mi to trochu proti srsti 🙂. Navíc tahle kapacita pomohla když předchozí den bylo navečer zataženo/pršelo, nebo druhý den nesvítilo hned od rána.

Požární a elektrická bezpečnost

Zemění

Panely musejí být uzeměny s měničem a se zemnícím bodem u vás v rozvaděči. Zatím tuším, že kabel bude něco mezi 10 a 16 mm². Někdo to má tak, že zelenožlutý kabel vede nejprve do domovního rozvaděče a z tama až pak dalším kabelem kousek zpět do měniče.

Svodiče přepětí a pojistky

Do 10 metrů od panelu by měla být ochrana proti blesku a přepětí. K tomu slouží svodiče, jsou tam 3 a jsou zapojeny jakoby do hvězdy na + a - panelů na na ochranný vodič.

Mezi panely a svodiče jsou dvě speciální polovodičové pojistky. Já je mám ve formátu PC10 na 16A a je potřeba typ “gPv” pro fotovoltaiku. Ještě jsme je nerozebíral, ale jsou tam prý MOSFET tranzistory.

Existují již hotové skříňky, můžete se zde inspirovat, je tam i soupis jednotlivých dílů.

Pokud máte mezi svodičem u panelů (kde se dává ta ochrana I. třídy) ještě dlouhé kabely do domu, tak se doporučuje k měniči ještě druhá ochrana třídy II. Já to zatím nechám na jedné ochraně venku, mám to pár metrů venkem. Kdyžtak doplním časem.

U mě se elektrárna stále rozšiřuje a dost možná si natáhnu kabely druhý string a uvidím kdy a jak ten druhý využiju. Dám si do garáže poměrně velký rozvaděč abych tam mohl dělat průzné sérioparalelní kouzla v různých ročních obdobích.

Odepínání panelů

Zásadně se nesmí panely nebo pojistky odepínat pod zatížením. Při nižších napětích to asi trochu zajiskří, ale při stringu na 400V už při odpojení může vzniknout hezký oblouk. Ten když nezhasne, tak se může oblouk mezi vodiči pohybovat a propalovat kabeláž. Takže když odepínat tak zásadně bez zátěže, se korektními DC odepínači na odpovídající DC napětí a nebo prostě v noci :)

Odepínání baterií

Když už jsme u toho odepínání. Tak pokud měnič baterie nabíjí, tak je nesmíte odpojit. Jakmile měnič drtí 1 kW do baterie a najednou mu zmizí zátěž, tak nedovede to tak rychle uregulovat a prý si tyhle čínské měniče zničí výstupní MOSFETy. Stává se to dokonce když se přeruší poddimenzovaná pojistka. Amperák to vyřešil jednou menší baterií, která je k měniči připojena napřímo bez ochran. Já se trochu ujišťuju že pojistky mám na 120 A a víc jak 25 A tam stejně současné panely nenacpou. A baterky mám dvě, takže i kdyby jedna se nějak odepnula, tak druhá to ještě může zachránit. Navíc jak jsem psal výše(níže?) tak měnič si s baterkou povídá a plynule si mění proud a snižuje jej před úplným nabitím. Takže tam snad moc nehrozí, že by baterka vypnula výstup a měnič tlačil výkon do vzduchu.

Zapojení do domu

3 vodičové TN-S

Tahle část je hodně na vodě, chybí vnitřní schéma měniče, důkazy. Číňan samozřejmě neví co je TN-C/S a v návodu tohle nebývá, na internetech nepanuje jasný názor.

Měnič má 3 vstupní a 3 výstupní svorky. PE, L, N. Vstupní a výstupní PE jsou spojeny mezi sebou uvnitř. Ale L a N mezi sebou spojeny nejsou. Resp. nikde jsem neviděl rozborku, nebo důkaz. Když jsem to měřil za chodu, tak to vypadá jakoby při zapojení to N spojení s distribuční sítí (DS) bylo, ale na polovině webů (těch evropských) je zdůrazněno, že měnič lze používat jen v síti TN-S. To znamená 3 vodičové zapojení. Jen tak se docílí toho, že PE vodič bude vždy zapojen na zemnící bod a L a N bude zvolenu v závislosti na módu měniče (invertor nebo vnitřní bypass). Ale když to jelo z baterek, tak stejně jsem zam naměřil nulové napětí mezi vstupní a výstupní svorkou N. A byl tam odpor blízký nule.

Možná jsem to vysvětlil trochu zmateně, ale není jasný závěr a eixstuje několik vláken kde se to dodnes řeší pořád dokola :)

Teď ještě čerstvá informace z mypower fóra, že HADEX, distributor podobného typu měniče, před pár dny odstranil toto doporučení o zákazu propojení vstupní a výstupní N svorky. Někteří uživatelé je mají propojené několik let a nemají s tím problém.

Přepínač sítí + interní bypass

Zapojil jsem si před měnič ruční přepínač sítí. To je takový trojitý přepínač (někdy je i čtveřitý, když rozdělujete poctivě 3 fáze), který má na vstupu z jedné strany distribuční síť (já mám zapojeno jen L a N), na vstupu druhé straně výstup z měniče (L a N) a na výstupu je připojen váš dům. Přepínač má 3 polohy a prostřední je OFF. Takže nehrozí, že byste oba vstupy zapojili proti sobě. Prodávají se i automatizované čínské přepínače, ale zatím to není nutné.

Tento přepínač sítí ale nění nutný. Měnič má interní bypass, kdy překlene vstup s výstupem. Já si ale přepínač zapojil pro případ kdy se budu v části s měničem hrabat, abych nebyl doma bez proudu.

Bypassem jsem si párkrát při vybité baterii prošel a žádný spotřebič v pracovně nebo v kuchyni to nepoznal. A to byl vlastně v cca 4 kW zátěži.

Schéma zapojení

Schéma budu postupně vylepšovat. Zde je pro představu první verze.

Postupné připojení okruhů

Okruhy a jističe jsem na invertor zapojoval postupně. Někdy mě k tomu vedlo jak je dům historicky misty natažený 2 vodičově. Jindy zas kvůli dimenzování systému které by nestačilo některým spotřebičům.

Se současnými panely na střeše kterých bude asi 3 kWp a 5 kW měničem jsem se rozhodl nejdříve zapojit ty spotřebiče, které jedou trvale. Takže pracovnu (jsem už před covidem byl několik let na home officu) a rack, kde je síťová infrastruktura, PoE switch a NAS. Tyhle okruhy byly nataženy před pár lety speciálním kabelem z rozvaděče, takže přerušit a zapojit se na ně bylo najsnažší, navíc byly 3 vodičové.

Po pár dnech, kdy jsem se radoval z přebytku energie jsem zapojil okruh zásuvek prvního patra včetně kuchyně. Z býv. sušárny/kotelny je nyní místnost nazvaná elektrárna🙂. No a provrtáním stropu jsem se dostal novým kabelem za kuchyňskou linku do el. krabice, kde již jsem měl do zbytku patra po rekonstrukcích dodělaný žlutozelený vodič.

Takže v mém systému se současnými 2400 Wp naplocho (bez odvětrání, takže v horku to dá sotva 1.8kW) a 4.8 kWh bateriemi jsem vytvořil docela vyrovnaný systém (srpen 2022, a bude hůř :))

Zapojeno je:

• Pracovna s desktopem a 3 monitory cca 250 W, aspoň 8 hodin po-pá
• Rack s idle spotřebou 120 W
• První patro s kuchyní: myčka, mikrovlnka, konvice
• 3 LED žárovky v lampách používané večer
• Televize zapnutá asi 4 hodiny denně.

Elektrickou troubu jsem do měniče nezapojoval. Přeci jen nepoužíváme ji denně a nepředvídatelné spínání 3.1 kW by komplikovalo souběhy dalších spotřebičů.

Největší žrouti energie

Pračka je překvapivě dost úsporná, zatím jsem sledoval praní na 40°C. Co mě ale překvapilo je myčka, která si bez varování různě a poměrně na dlouhé minuty bere 2 kW při vytápění.

Mikrovlnná trouba má 800W, konvice 2.2 kW.

Takže jsem zavedl pravidlo, že nikdy nesmí jet společně myčka, mikrovlnka a konvice. Ještě jsem to teda nezkusil.

Trouba je zapojená natvrdo na DS a sporák máme plynový. Vytápíme taktéž plynem.

Světelné okruhy

Ty zatím zapojené nemám, ale pracuje se na poměrně velkém vrtaném otvoru mezi rozvaděčem a sklepem. Držte palce, ať netrefíme elektriku, vodu, odpad, který se v těchto místech dost klikatí :)

Ohřev TUV

Ohřevem TUV jsem chtěl začít, je to nejsnažší možnost. Stačí panely a hned za nimi klidně i bez baterií nějaký levný měnič, co má nehezký modifikovaný sinus na výstupu. Musím ale vymyslet větší bojler a nejspíš se 2 patronami, abych mohl vyhřívat i s DS. Zároveň se ale nechci zbavit varianty, kdy mi TUV vyhřívá plynový kotel.

Takže nakonec tím, čím jsem chtěl začít, s TUV, to vypadá jako nejsložitější. Bohužel mi v současném srpnovém energickém budgetu nevychází moc energie navíc. Pokud je, tak zapínám 500W bazénové čerpadlo a někdy běží 60, někdy i 240 minut denně.

Do budoucna přemýšlím, že místo návrhu co největšího stringu, kdy v zimě riskuju maximální napětí 450V, bych pár panelů dal do stringu zvlášť a přivedl do nějakého levného střídače přímo na topnou spirálu bojleru. Vyhnu se nutnosti druhého měniče pro výstupní výkon i druhého solárního stringu, baterie a ztrát na MPPT+DC/AC.

Fázový (ne)posuv

Pokud má měnič zapojenou distribuční síť na vstupu, tak i přesto, že z ní nic nebere, tak se snaží, aby sinusovka z invertoru byla v přesné fázi se vstupní sinusovkou. Díky tomu nehrozí takové rázy při zapnutí/vypnutí bypassu a i spotřebiče tuto změnu sítí určitě lépe uvítají.

Cenová kalkulace

Tady ji ještě nemám zpracovanou, ale většinu věcí si dělám sám, pouze montáž panelů na střechu jsem přenechal známému, který si založil firmu a mají již zkušenosti s šikmými i rovnými střechami.

Takže panely jsou zatím naplocho, v kalkulaci nejsou tam pojistky na soláry a na baterii, přepínač sítí, které jsou dostal darem od jiného solárního barona. Taky tam není vlastně žádná kabeláž.

Položka	Cena Kč
Panely 3600 Wp (12x 300 Wp) + doprava	31000
Měnič Axpert MKS III	25000
Bižu, krabice, jističe, pojistky, kabel, WAGO	1700
2x Pylontech US2000C	67000
Celkem (prozatím)	124700

Komunikace baterek s invertorem

Některé měniče podporují datovou komunikaci s baterkami. Určitě není nutné tohle mít, ale popíšu, co jsem vypozoroval.

Komunikace invertoru s BMS

Ačkoliv s Pylontechy přišel RJ45 kabel označený PYLON a INVERTER na obou koncích, vůbec není správně zapojený. Je to obyčejný RJ45 kabel zapojený 1:1. Trvalo několik iterací, než jsem asi z 5 zdrojů ověřil zapojení na jedné a druhé straně.

To, že Axpert s bateriemi komunikuje signalizuje blikáním šestihranného symbolu baterie na displeji. Pokud do cca 3 minut měnič baterky nenajde, zobrazí chybu 61. Pokud nezapojíte GND, bude vám občas komunikace vypadávat a v grafech z dat Axpertu vám bude občas SOC skákat na hodnotu “0” 🙂.

Pokud máte 2 a více baterií, tak se zapojují následovně:

• Propojte mezi sebou všechny baterie přes Linkport. Hlavní baterie má nezapojený Linkport0, poslední baterie má nezapojený Linkport1
• Na 4 násobném DIP switchi je třeba nastavit komunikační rychlost pro invertor. US2000C má DIP switch vzhůru nohama, ale platí že DIP switch je zapnutý v poloze kde je nápis “ON”. Na všech jednotkách je nastaven DIP switch 1 na “ON”, zbytek na “OFF”. Tím se nastaví baudrate rychlost 9600. POZOR po této změně je třeba udělat reset baterek přes mechanický power switch, jinak se změna neaplikuje a měnič po čase zobrazí chybu 61.
• Propojte RJ45 kabelem s pinoutem uvedený výše a to tak, že na US2000C kabel (pozor na správný konec kabelu) zapojíte do B/RS485 a na Axpertu do BMS konektoru.
• Pro vlastní monitoring baterií se RPI zapojuje do portu Console viz. další kapitoly.

Dynamická změna proudu baterií

Dále jsem zjistil, že položku nastavení Maximálního nabíjecího proudu (02) si měnič nastavuje přes tento datový kabel. Takže když jej změníte, hned se zase přenastaví zpátky. Ale prý se plynule mění podle SOC a zrovna jestli BMS třeba balancuje. Viděl jsem stav kdy do 90% to kleslo na 20A a v 95% stouplo dobíjení na 25A. Tohle je zřejmě snížení před koncem kdy to možná balancuje? Ale nevím jistě, protože články co jsem se díval mají prakticky stejné napětí.

Baterie mám dvě a každá má maxímální proud 50 A a doporučený proud 25 A. A pokud se baterie dobíjí v dolní polovině své kapacity, tak v nastavení vidím očekávaných 50 A (2 x 25 A). Teď je k diskuzi zda ten komunikační kabel je něčemu je, protože vás chvílemi omezuje proudem. Ale jelikož je Pylontech inteligentní a má v každé baterii MOSFETy, možná by brzdil nabíjení beztak.

Monitoring do MQTT

Doma mám centrální server na kterém mi běží tyto služby. Celkem známá trojkombinace kterou používám již roky s naší IoT stavebnicí HARDWARIO TOWER.

• Node-RED
• Grafana
• InfluxDB (1.8!)
• Mosquitto MQTT broker

Technické vybavení solární elektrárny mám v jiné místnosti a zde jsem umístil Raspberry Pi.

Do tohoto RPI je zapojený měnič přes USB-RS232 převodník. V měniči je RJ45 protikus. Prvně jsem to provozoval přes USB ale po pár dnech se USB odmlčelo. Po rebootu se opět zprovoznilo, ale je tam zřejmě něco špatně s USB stackem který není kvalitní.

Druhý USB-RS232 převodník je zapojený do Console RJ45 portu v hlavní baterii Pytlontech.

Pro každé zařízení/převodník mám v RPI jednu službu která přetransforumuje data z obou zařízení do JSONu a přes MQTT je zašle na server do MQTT brokeru.

Axpert monitoring

Rozšířil jsem projekt axpert-monitor a přidal si k němu MQTT posílání a možnost ovládání. Je to nodejs aplikace. Moc v tom neumím a je to rozšířené narychlo, takže se není čím chlubit. Ale prošel jsem hromadu různých projektů v různých jazycích a tohle prostě fungovalo.

Můj projekt axpert-monitor-mqtt naleznete zde.

Vyčítá se zatím jen dotaz na parametry QPIGS, ale můžete přidat další dotazy díky originální knihovně axpert-monitor.

Pylontech monitoring

Hledal jsem něco funkčního po RS232 Console portu. Na RS485 mám již komunikaci do měniče a pokud jsou RS485 linky všechny interně propojené (jsou?) tak jsem nechtěl ovlivňovat rychlým logováním běžnou komunikaci s měničem. Takže jsem šel cestou přes Cosnole port kde je textová komunikace.

Opět to bylo delší hledání, protože některé Pylony mají RJ12 a série C má RJ45 s jiným zapojením. Nakonec jsem kabel udělal podle tohoto zapojení.

Všude se píše o nějaké rychlost 2400 baud. Já chvíli řešil proč nekomunikuju, tak jsem zkoušel různé rychlosti chytl jsem se na 115200 na článcích přímo z výroby.

Zase jsem prošel mnoho projektů ale většina je na RS485 a na Console port byla jedna v node-red. Takže jsem na RPI nahodil moloch s node-red a možná to vylepším do předchozího skriptu, když bude čas.

Projekt nodered-pylontech-console-reader má úplně na konci ke stažení flow. Tak stačí importovat. Ještě je potřeba doinstalovat z Manage Palette možná Serial interface node.

Vizualizace📈

Node-RED Dashboard

Pro nějaké základní realtime přehledy a nějaké jednoduché grafy pár dní zpět bez možnosti zoomu lze použít v Node-RED integrovaný Dashboard.

Na následujícím obrázku je ukázka flow, nyní nás zajímá jen vlevo vstup axpter/test a čtyři modré gauge bloky.

V Gauge prvku mám pak v poli přímo objekt payload ze kterého rovnou vyčítám z JSONu parametr outputPowerActive a další. Jinak byste museli mezi tyto dva nody vkládat ještě blok Change nebo Function.

Pokud kromě Gauge chcete i jednoduché grafy a nechcete si komplikvoat setup s Grafanou, taky to lze. Ale je zde možnost z MQTT jen fixního počtu bodů/data a nelze zoomovat. Taky po resetu Node-RED se vám ztratí historie. Tady doporučím node persist, který vám může pomoci graf uložit a po startu zase vyčíst.

Pro pokročilejší grafy a analýzy používám (starší) InfluxDB 1.8 a nástroj Grafana. Obojí se dá nainstalovat i přes docker. Právě v obrázku výš kde bylo Node-RED flow jste mohli vidět i část, která přeposílá JSONy do InfluxDB databáze. Je před ním ještě blok throttle aby se do DB nesypaly data příliš rychle.

Po MQTT chci aktualizace každou vteřinu (proč ne) ale do DB je to zbytečné. Občas tento interval trochu zkrátím když dělám pokusy jako test zatížení apod., abych měl víc bodů k pozdější analýze.

Kompletní flow z ukázky výše si můžete do Node-RED importovat následujícím JSONem. Pokud nepoužíváte InfluxDB a Grafanu, tak horní část můžete vymazat. Blok function obsahuje transformaci, aby JSON upravil do jedné úrovně, aby šla poslat přímo do InfluxDB.

[{"id":"4a04d7eda726bfed","type":"mqtt in","z":"07cff771031e69d3","name":"","topic":"axpert/test","qos":"2","datatype":"json","broker":"efb90626.1e64b8","nl":false,"rap":true,"rh":0,"inputs":0,"x":200,"y":300,"wires":[["631854f2f315b7af","a284db87f09675c4","d6e10f9c505e472a","9d611699a56a9a86","5aa7e291b1b3be59","e323f3e10f3225ed"]]},{"id":"6c841eb30e9d1cf8","type":"influxdb out","z":"07cff771031e69d3","influxdb":"4aa793cd0438b3f3","name":"","measurement":"main","precision":"","retentionPolicy":"","x":850,"y":220,"wires":[]},{"id":"40dfa3996fabc5c8","type":"function","z":"07cff771031e69d3","name":"","func":"\nconst flattenJSON = (obj = {}, res = {}, extraKey = '') => {\n   for(key in obj){\n      if(typeof obj[key] !== 'object'){\n         res[extraKey + key] = obj[key];\n      }else{\n         flattenJSON(obj[key], res, `${extraKey}${key}.`);\n      };\n   };\n   return res;\n};\n\n\nmsg.payload = flattenJSON(msg.payload);\n\nreturn msg;","outputs":1,"noerr":0,"initialize":"","finalize":"","libs":[],"x":620,"y":220,"wires":[["6c841eb30e9d1cf8","cc277891fb385f5a"]]},{"id":"cc277891fb385f5a","type":"debug","z":"07cff771031e69d3","name":"","active":false,"tosidebar":true,"console":false,"tostatus":false,"complete":"false","statusVal":"","statusType":"auto","x":810,"y":280,"wires":[]},{"id":"631854f2f315b7af","type":"throttle","z":"07cff771031e69d3","name":"","throttleType":"time","timeLimit":"15","timeLimitType":"seconds","countLimit":0,"blockSize":0,"locked":false,"x":470,"y":220,"wires":[["40dfa3996fabc5c8"]]},{"id":"a284db87f09675c4","type":"debug","z":"07cff771031e69d3","name":"","active":false,"tosidebar":true,"console":false,"tostatus":false,"complete":"false","statusVal":"","statusType":"auto","x":490,"y":280,"wires":[]},{"id":"d6e10f9c505e472a","type":"ui_gauge","z":"07cff771031e69d3","name":"","group":"e3f86af73aa4cc91","order":1,"width":"2","height":"2","gtype":"donut","title":"Output","label":"W","format":"{{payload.outputPowerActive}}","min":0,"max":"5000","colors":["#00b500","#e6e600","#ca3838"],"seg1":"","seg2":"","className":"","x":470,"y":340,"wires":[]},{"id":"9d611699a56a9a86","type":"ui_gauge","z":"07cff771031e69d3","name":"","group":"e3f86af73aa4cc91","order":4,"width":"2","height":"2","gtype":"donut","title":"Battery","label":"%","format":"{{payload.batteryCapacity}}","min":0,"max":"100","colors":["#00b500","#e6e600","#ca3838"],"seg1":"","seg2":"","className":"","x":480,"y":380,"wires":[]},{"id":"5aa7e291b1b3be59","type":"ui_gauge","z":"07cff771031e69d3","name":"","group":"e3f86af73aa4cc91","order":3,"width":"2","height":"2","gtype":"donut","title":"Load","label":"%","format":"{{payload.outputLoadPercent}}","min":0,"max":"100","colors":["#00b500","#e6e600","#ca3838"],"seg1":"","seg2":"","className":"","x":470,"y":420,"wires":[]},{"id":"e323f3e10f3225ed","type":"ui_gauge","z":"07cff771031e69d3","name":"","group":"e3f86af73aa4cc91","order":2,"width":"2","height":"2","gtype":"donut","title":"PV Power","label":"W","format":"{{payload.pvPower}}","min":0,"max":"2000","colors":["#00b500","#e6e600","#ca3838"],"seg1":"","seg2":"","className":"","x":480,"y":460,"wires":[]},{"id":"efb90626.1e64b8","type":"mqtt-broker","broker":"127.0.0.1","port":"1883","clientid":"","autoConnect":true,"usetls":false,"protocolVersion":4,"keepalive":"60","cleansession":true,"birthTopic":"","birthQos":"0","birthPayload":"","willTopic":"","willQos":"0","willPayload":""},{"id":"4aa793cd0438b3f3","type":"influxdb","hostname":"127.0.0.1","port":"8086","protocol":"http","database":"fve","name":"","usetls":false,"tls":""},{"id":"e3f86af73aa4cc91","type":"ui_group","name":"Electricity","tab":"e8a3e7671183bf0f","order":1,"disp":true,"width":"6","collapse":false,"className":""},{"id":"e8a3e7671183bf0f","type":"ui_tab","name":"FVE","icon":"dashboard","order":7,"disabled":false,"hidden":false}]

Grafana

InfluxDB a Grafana umožňují komfortnější analýzy a měření. Do databáze se vám hrne spousta informací a vy si pak naklikáte které a jak chcete zobrazovat. Ideální je logovat toho více, protože někdy chcete zpětně vizualizovat další parametr a je fajn, když tam ty data máte.

Provedl jsem export konfiguračního JSONu pro můj dashboard, který načtěte v Grafaně vlevo symbolem + kde je Create > Import.

Jak to zprovoznit neuvedu protože InfluxDB/Grafana návodů je všude spousta. Navíc v tom nejsem nějaký velký expert.

Pokud máte RPI a chcete co nejméně práce a mít Influx, Grafanu a Node-RED nainstalovaný hned, můžete využít z naší HARDWARIO dílny přímo image pro RPI na Githubu. Ten používáme i pro naši opensource low-power stavebnici HARDWARIO TOWER.

Grafy z chování

2 pracovní dny. V legendě v obrázku vpravo je uvedené která Y osa souvisí se kterou barvou. Je tam toho trochu víc, ale chtěl jsem tam všechny zajímavé parametry.

7 denní histogram výroby, spotřeby a stavu nabití baterie.

Poznatky z praxe

Zde jsou heslovité nápady a postřehy bez ladu a skladu.

Čistý sinus a motory

Výstup z měniče je čistý sinus, takže žádné zubatice. Lze s ním tedy bez obav provozovat třeba synchronní motory, ty ani nevím velice, kde se ještě dnes vyskytují. Ve vysavačích jsou univerzální motory a ty si poradí se vším, včetně DC. Pokud teda nemají tyristorovou regulaci.

Měnič je jednofázový, takže 3 fázové motory musíte provozovat buď z distribuční sítě, se třemi invertory, nebo s VFD měničem. Stejně si myslím, že VFD drivery jsou už tak cenově dostupné, že se vyplatí spíš pořídit jeden na občasné roztočení 3 fází, než mít 3 fázový měnič.

(UPDATE: Tady jsem si trochu naběhl, protože levné 1F > 3F měniče neumí zvýšit 230V na 400V, takže buzený motor musíte zapojit do trojúhelníku na 230 V, pokud to podporuje.)

Jistič na vstupu do měniče

Do měniče jsem si dal na vstup jistič a měnič z něj nic neodebírá. Pokud je baterie nabitá tak si veškrou energii bere z baterií. Z distribuční sítě si tedy bere jen informaci o napětí a fázi sinusovky. Pokud máte jistotu, že ve vašem systému nenastane bypass z důvodů přetížení nebo slabé baterie, lze vstup z DS bez obav vypnout a mít tak 100% jistotu galvanické izolace od DS.

Vybití baterie, bypass a dobití

Pokud se baterie vybije, tak nastane zapnutí bypassu a pokud není žádná energie z panelů, tak měnič v tomto bypass stavu zůstává. Jakmile začne proudit nějaký výkon z panelů, tak menič aktivuje současně i dobíjení z DS. Tohle chování nelze vypnout, lze ale omezit dobíjecí proud na 2 A (proud na 48V baterkové větvi). Samozřejmě můžete odpojit měnič od DS úplně a dobíjení z DS nikdy nenastane.

Proudové Chrániče

Do fotovoltaiky se doporučují (nebo jsou povinné?) proudové chrániče typu B. Prý jsou imunní vůči nějakým reziduálním DC proudům. Víc k tomu nevím, musíte nastudovat.

Náklady

Zde jsou hlavní položky. Instalaci panelů a přívod do domu mi zařídila firma. V domě jsem si rozvaděč a předrátování prováděl již sám. Zatím zde tabulku hážu takhle nahrubo, ale snad je to lepší, než to sem dát jako obrázek.

Taky jsem zde neuváděl kabeláž, jističe a práci s předrátováním hlavního rozvaděče. Každý to doma budete mít jinak složité (věřím, že jednodušší, jak já).

Lokace	Název	ks	Cena celkem
Garáž	Fovotoltaické panely 300Wp	12	29400
	hliníkový profil solární K2	18	17244
	Spojovací materiál	1	1320
	Chemická kotva	1	399
	Betonové dlaždice	30	2850
	lepenka 50x50 pod betonové dlaždice	20	1000
	Držák panelů koncový	32	2864
	Držák panelů středový	8	664
	Držák panelů climber	56	4032
	Spojka profilů	10	2150
	Ehlinik.cz konstrukce pro sklon 35°	1	11950
	Hager 24M rozvodnice	1	630
	Přepěťová ochrana	1	2410
	lišty 40x70	6	678
	lišty 40x20	4	144
	Trubka ohebná	5	249.5
	Klip na kabel	35	227.5
	Legrand odpínač	2	440
	Příchytka na trubku	3	50
Trasa garáž-dům	Kabel solární 6mm (4 dráty pro 2 stringy)	110	3960
	kabel zemnící 10mm	30	1380
Tech. místnost	Měnič Axpert MKS III - 5kW, 48V, 1xMPPT	1	25000
	Pylontech US2000C 2.4kWh	2	67000
	Pylontech US3000c 3.5kWh	1	37000
	Merkur drátěné žlaby + montážni materiál	10	3295
	OEZ 54M rozvodnice	1	1910
	ABB zásuvka Praktik	3	348
	Pojistky gPV	6	990
	OEZ odpínač	1	285
	Oko zemnící	1	40
	Přepínač sítí	1	600
	Jističe k měniči	2	500
	Elektroměry k měniči UME115L 5-45A 230V 50Hz	2	360
	Dutinky na drátování rozvaděčů	1	250
	Bižu, krabice, jističe, pojistky, kabel, WAGO		1700
Práce	Montáž (konstrukce, přivedení vodičů do tech. místnosti)		21000
	Total		244320
Nice to have	Šroubovák eletrikářský		250
	Krimpovací kleště 4 hran		600
	Lisovací kleště na dutinky TIPA HS-04WF 4 - 10mm		350
	WEI NÁSTROJ MULTIFUNKČNÍ, QUADRO NO.16		800
	Total Total		246320

Rozšíření výkonu a ATS

Po několika měsících funkční elektrárny se zamýšlím, jak mi celý koncept může růst do budoucna. Je tady jedno omezení a sice že vše mám na jedné fázi a hlavní jističe do domu mám 3x25 A. Takže nyní pokud mám 5 kW měnič a přepne mi do bypassu, tak mi ta jedna fáze z DS teoreticky utáhne 230*25 = 5750 W. To je tedy naštěstí méně, než výkon měniče. Takže pri vybití baterie a zapnutí bypassu mi z DS určitě neumře 25A pojistka. Elektrickou troubu mám zapojenou pevně na ČEZ a ta si lupne i 3.5kW. Je zapojena na druhé fázi než elektrárna.

Jak ale postupovat, když bych potřeboval vyšší výkon jak 5 kW? Jedna myšlenka byla mít dva stejné měniče a každý z nich na jiné fázi. Měnič bohužel umí jenom 3 fázovou konfiguraci se 3 kusy. Podle mě tam nejsou žádné překážky proč by 2 měniče nemohly jet na 2 fáze, ale výrobce se rozhodl, že to asi nestojí za ty komplikace.

Pak je tu možnost spojit 2 měniče paraleleně na 1 fázi. Tím se získá 10 kW, ale pořád na jedné fázi. Ze slunce to bude fungovat a není zde problém, ale pokud budou měniče přetížené, nebo se vybije baterka, tak se zapne bypass. Jenže těch 10 kW je proud 43 A a to ta jedna pojistka s hodnotou 25 A neudrží.

Nabízí se tedy následující řešení. Mít dva měniče na jedé fázi. Ale bypass řešit externě a s přezapojením fází. Ještě nevím zda bypass lze vypnout úplně, nebo jen při přetížení, různé návody to píší různě. Ale přinejhorším je možné měniče odpojit od vstupu 230 V. Tím pádem bypass nenastane.

Druhá úprava je že je potřeba externí 3 fázový automatický přepínač sítí ATS (Automatic Transfer Switch). Ten obsahuje solenoidy/motor a s pomocí interní relé logiky dovede upřednostnit jeden ze dvou zdrojů napájení. Přepínač má 4 sekce, každou pro N, L1, L2, L3. Každá tato sekce má 2 vstupy - invertor/DS a 1 výstup - do domu.

No a zde je ta finta. Z měničů tu jednu fázi přivedete na všechny 3 vstupy L1,L2,L3 tohoto ATS. A z DS přivedete tři fáze na odpovídající svorky L1,L2,L3. Tím pádem když pojede elektrárna tak sice dům budete mít rozdělený na více “fází”, ale všude bude vlastně stejná fáze. Samozřejmě vám na to nepoběží čistě 3 fázové motory.

No a pokud elektrárna vypne, tak ATS přepne jako zdroj DS a zde již budete mít různé fáze a v domě tedy budete mít v různých okruzích různý fázový posuv o 120°.

Myslím si že stejně to má i youda (mypower.cz) který produkuje YT videa s tesláčkem. V tomto videu a čase je možné vidět ten ATS switch. Doporučím celé video a určitě i mnoho dalších co tam má 🙂.

Věřím, že v době kdy zvýšení výkonu budu řešit již na trhu budou zas lepší a výkonější měniče a že prostě můj stávající nahradím. Pořád musíte myslet že jeden Axpert má idle spotřebu 60 W ve dne v noci. A přes noc je to jak jsem psal až 1 kWh z baterky dolů. Takže snad nějaký 6 nebo 8kW měnič by můj problém do budoucna vyřešil a snad by bral jen těch 60 W a nikoliv 2x60 W kdybych spojil dva kusy. Ale to řeším jen ten idle a efektivitu, pořád ale budu muset mít ten transfer switch se 4 kontakty (buď manuál, nebo automat) a rozdělit fáze z DS.

Zajímavé odkazy

• Video Poul - Cena elektřiny pro domácnost 2022
• TátaGeek napsal článek o jeho solární elektrárně. Je to instalace na šikmou střechu s taškama a (pro)zatím má ohřev TUV. Obsahuje spoustu odkazů na zajímavé informace.
• Opensource software na elektrická zapojení https://qelectrotech.org/
• ProfiCAD software na elektrická zapojení. Na Windows, nelze export do PDF, lze obejít virtuální PDF tiskárnou. Na Linuxu to lze nějak rozchodit dle návodu v mém Twítu.

Historie elektrárny

• 6.8.2022 - První test komponent s 1800 Wp naležato na garáži, 4.8 kW baterky, zapojen rack a pracovna
• 11.8.2022 - Nevím co s elektřinou, připojuji zásuvky v 1.NP - obyvák, kuchyně (lednička, myčka, konvice, mikrovlnka, dětská ohřívačka jídla)
• 18.8.2022 - 2400 Wp naležato, 4.8 kW baterky
• 23.8.2022 - 3000 Wp, 8 panelů na konstrukci 35°, dva panely na plocho
• 30.8.2022 - Přikoupení US3000C (3.55kWh), celkem 8.35 kWh
• 15.9.2022 - Vypínám elektrárnu na pár dní (přepínač sítí na ČEZ a invertor vypnutý, dobíjení aktivní takže idle asi 10W?). Zataženo, déšť. Ono by si to poradilo a bypass funguje spolehlivě, ale zatím zkouším a uvidím za kolik dní se baterka zas nabije.

TODO

• Přidat schéma + Inkscape
• Vyzkoušet free soft na diagramy https://qelectrotech.org/
• “Návratnost” při malých spotřebách
• “Nevýhody” zapojení na 1 fázi a možné řešení
• Cyklování - dobíjení několik dní a vybití v jeden den
• Conky widget v Linuxu - jak tam dostat data z Axperta