描述

您的太陽能裝置可能會向電力公司輸送能量。

當您將太陽能添加到并網家庭中，并打算消耗自己的生產（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。

這稱為“注入”或“導出”。注入的能量稱為“過剩”或“過剩”太陽能。

對此無能為力。產生的太陽能必須去某個地方..

并網太陽能系統旨在始終以太陽能電池板的最大生產能力運行，通常不能“要求減速”。

有關注射的規定因國家/地區而異。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！

電網的設計理念并不是數以百萬計的微小發電點同時注入電力（晴天的中午）。電網運營商對這種注入對電網穩定性的任何影響持謹慎態度。

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、習慣的改變，以及一定程度的精神力量（曾經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）。

當然，我的家人已經被訓練（洗腦？）具有上述紀律。

然而，我們并不總是在家，而且我的水箱已經用“熱能”太陽能（即太陽能直接轉化為熱水）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有電加熱器的方法。

這個自動化應用程序來了：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之間的功率流的設備。一旦能量被輸出，它們就會將其轉移到一個特定的設備，以消耗恰好這個數量的能量（不多也不少）。

這些設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，僅此設備并不能滿足我的需求：

• 我希望能夠使用現有的電加熱器。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備供電。重新布線現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能力。
• 太陽能路由器旨在產生可變功率（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 伏而不是傳統的 230 伏）或通過扭曲交流正弦波來實現的。純電阻負載不會介意這一點，但現代電加熱器可能無法在如此時髦的輸入電壓下工作。

為現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/關自動化相結合。

(*) 我從那個加熱器上取下了所有電子設備以直接連接到它的電阻。

現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？為什么不只使用現有的加熱器？

因為現有的加熱器是使用開/關命令控制的，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。

結合 eddi 和開/關自動化，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……
• 隨著太陽能產量的增加，eddi 一度為其加熱器提供 1kw 的功率，并且無法再轉移。太陽能將開始注入電網。
• 這是由應用程序檢測到的（稍后會詳細介紹），它將使用 wifi 繼電器打開一個現有的（例如 1.5kw）加熱器。
• 在 2kw 的太陽能生產中，現有加熱器將消耗 1.5kw，eddi 將消耗 0.5kw。
• 當太陽能發電量超過 2.5kw 時，應用程序將打開第二個現有加熱器。
• 隨著太陽能產量下降（云、日落），應用程序將關閉現有加熱器
• 等等..

現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，任何能量都不應該被注入電網。

運行中的系統

下圖來自我的太陽能監測應用程序。

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 正在盡可能多地轉移到它的加熱器中，但太陽能生產過多，出現了一些過剩。
• 這種盈余（最底部的灰色區域）是輸出到網格中的內容。

所以，那天，太陽能生產了 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：

電網狀態讀取

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

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（由電力供應商提供）確實通過 API/協議提供此信息（法國的“Linky”提供）
• 我決定利用我的太陽能裝置隨附的監控設備，即Enphase envoy

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

這意味著我可以獲得實時信息并且不依賴于任何云系統。

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

控制加熱器

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

我現有的大多數加熱器都帶有所謂的“試驗線”。該電線專為家庭自動化而設計，允許根據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。加熱器恒溫器上設定的目標溫度
• 生態模式。加熱器開啟。目標溫度通常舒適 - 3 C
• 防凍。加熱器關閉，除非環境溫度降得太低（通常低于 7C）
• 停止：加熱器關閉

Shelly 1PM繼電器和一個簡單的二極管允許將加熱器設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）非常簡單。它定期監控電網電流（使用 Enphase API），并根據電流方向（導出或汲取）使用 Shelly API 打開或關閉加熱器。

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備之前關閉。

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

一些行為（例如檢查導出的頻率、對網格狀態變化的反應速度等）也是可配置的。

運行中的 eddi。太陽能發電量為 3.2Kw。家庭（例如烤箱、冰箱..）消耗 1.7Kw。Eddi 轉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 應用程序旨在永遠運行且無人值守，因此對應用程序管理給予了很多關注。

我使用出色的Blynk平臺構建了一個智能手機應用程序來管理 solar2heater 應用程序的配置和監控。

使用 Blynk，無需在智能手機端編寫代碼，通過組裝小部件構建應用程序。在 Raspberry PI 上運行的 Python 應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電量（綠線），以及電網（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

.

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

Raspberry PI 使用 Linux 的Monit 進行監控。Monit 檢查各種系統組件（網絡連接、文件系統、內存、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“嵌入式”，即能夠永遠運行，無需過多關注

Raspberry PI 附加板

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

PCB 設計可在 github 上獲得

在 solar2heater 應用程序中，該板用于視覺提示（顯示一些統計數據、事件）。它配備了 LED 和彩色顯示屏。

板子設計的比較通用，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，但是當我有時間時，我會構建更好的圖形（編輯器說的好主意）

該系統現在已經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。

橙色區域對應房屋消耗的電力藍色區域對應太陽能發電頂部的灰色區域對應從電網輸入的電力底部的灰色區域對應輸出到電網的電力

• 在一天的早些時候，房屋消耗的電力由電網（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，因為水箱已經很熱了）
• 隨著太陽能生產的增加（藍色），電力被房屋的加熱器（橙色）消耗。您可以看到云對生產和消費的影響。曲線底部非常小的灰色區域意味著沒有電力輸出到電網。加熱器可以解決所有問題！！！！.