制作一個離網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)

大家好，我決定為我的房子配備離網(wǎng)光伏系統(tǒng)。我的主要目標(biāo)是盡可能獨立于網(wǎng)格。當(dāng)然，由于我所在地區(qū)短暫的冬季（11 月至 2 月）缺乏陽光，目前無法實現(xiàn)完全獨立。

盡管如此，我的計算預(yù)測我的設(shè)置應(yīng)該能夠滿足我家全年 80% 的需求。此外，如果夏季月份（6 月、7 月和 8 月）產(chǎn)生的多余能量可以儲存起來以備以后在冬天使用，那么完全獨立就可以實現(xiàn)。這些令人鼓舞的數(shù)字幫助我做出了開展這個項目的決定。

最后要注意，如果沒有全面的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控系統(tǒng)，該項目就不會完成。您將在下文中找到電氣設(shè)置（能源生產(chǎn)）和監(jiān)控系統(tǒng)的說明。

補給品

1×太陽場輻照度和溫度模塊 （SFIT）

基于 Embedded Artists Android Open Accessory Kit 板。實現(xiàn) NXP LPC11C24 Cortex M0。處理器

1×光伏現(xiàn)場監(jiān)控板 （PVFM）

基于 LPCxpresso LPC1769 Cortex M3 處理器。用 C 編寫的應(yīng)用程序。 Hardawer 和 Software 是開源的

1×數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

基于 Raspberry Pi Model B。使用開源 RRDtool 數(shù)據(jù)庫 + Python、Javascript 和 Json 腳本。

1×光伏電池監(jiān)控板 （PVBM）

基于 LPCxpresso LPC1769 Cortex M3 處理器。用 C 編寫的應(yīng)用程序。 Hardawer 和 Software 是開源的

1×在線源選擇器 （OLSS）

相關(guān)說明

我的光伏（光伏）系統(tǒng)包括以下主要部分：

由 16 個太陽能模塊組成的太陽能場提供 4300 Wp（瓦特 - 峰值）的電力

將 120 V 電池板輸出電壓轉(zhuǎn)換為 48 V 電池電壓的太陽能電池充電器

在夜間提供能量的鉛酸電池組

逆變器將電池提供的 48 VDC 電壓轉(zhuǎn)換為家用電器的 230 VAC - 50 Hz

自制的在線電源選擇器，能夠在 20 毫秒內(nèi)在太陽能和電網(wǎng)電源之間切換

工作原理：

在白天，太陽能場的 960 個電池將太陽光（光子）轉(zhuǎn)化為電能。這種轉(zhuǎn)換的效率為 17%。這似乎是一個糟糕的數(shù)字，但由于太陽能可以達(dá)到 1000 W/m2，在這些條件下，該場產(chǎn)生 4300 瓦。這相當(dāng)于7匹馬的力量。沒那么糟糕！太陽能電池板是英利熊貓 270 Wc 組件。

所述電池充電器轉(zhuǎn)換高電壓（120伏DC）來太陽能場的出到48 V DC，適合于蓄電池充電。由于太陽能光功率不斷變化，充電器會不斷跟蹤最大功率點，以優(yōu)化系統(tǒng)的產(chǎn)量。該電池充電器還管理電池的充電過程。該設(shè)備是系統(tǒng)中最復(fù)雜的部分。充電器是 Victron Blue Solar Charger 150/70 MPPT。

該電池 在白天被加載，并在夜間排出。它可以儲存高達(dá) 10 千瓦時的電力。這足夠一天的消費了。這是一個很短的時間，但它的重量仍然是 500 公斤（1/2 噸）。我希望我的電池至少有 7 年的使用壽命。電池是 8 節(jié) Vipiemme 12V/230 AH 半固定電池。在不增加其重量和尺寸的情況下增加電池組的容量是未來的一個重要挑戰(zhàn)。

的逆變器轉(zhuǎn)換的48 VDC電池電壓為230伏AC。逆變器的額定功率為 5KW 永久和 5 分鐘內(nèi) 10 KW。得益于如此大的額定值，我們可以使用所有經(jīng)典的“耗能”家用電器，如廚房電烤箱、洗碗機、洗衣機甚至干衣機。當(dāng)逆變器提供 10 千瓦時，電池電流可能會攀升至 200 安培。該逆變器是一個VICTRON鳳凰48V / 230V 5KVA逆變器。

該網(wǎng)是公共電網(wǎng)。在法國，電力主要由 EDF（Electricité de France）提供和分配。核電站目前生產(chǎn)法國 85% 的電力。在我看來，電（非常）便宜：大約 0.12 歐元/千瓦時?？梢源蛸€，一旦是時候拆除許多法國破舊的核電站，這個價格就會上漲很多。我們的孩子可能需要支付賬單。

所述源選擇器能夠?qū)⑻柲芎碗娋W(wǎng)能量幾乎瞬時（少于20毫秒）之間進(jìn)行切換。這確保了能源的變化對于房屋的居民來說通常是察覺不到的。這還可以防止 PC 和電子設(shè)備崩潰。當(dāng)電池過度放電而無法繼續(xù)使用太陽能時，或者當(dāng)電池在沉悶的一天后再次充電時，就會發(fā)生電源切換。源選擇器的設(shè)計可 隨時防止太陽能系統(tǒng)與電網(wǎng)并聯(lián)。 該 信號源選擇是完全個人的設(shè)計。

效果圖示意：

完整的太陽場

中間底部的小面板是測量面板。該面板隨時測量可用的太陽能。

晚上，燈光指示房屋是由光伏系統(tǒng)（青色 - 藍(lán)色）還是電網(wǎng)（黃色 - 紅色）供電

房屋內(nèi)部：電池組、逆變器和太陽能充電器（從左到右）

大灰色盒子包含保險絲、斷路器和防雷裝置。小的包含 PV 現(xiàn)場監(jiān)控板 （PVFM）、托管數(shù)據(jù)庫和 Web 用戶界面的 Raspberry Pi 以及 CAN 總線主干。

監(jiān)控系統(tǒng)（=系統(tǒng)設(shè)計文件）

我的目標(biāo)是準(zhǔn)確獲取系統(tǒng)任何階段存在的每個電壓和電流。由于使用單個采集板很難實現(xiàn)這一點，因此我決定為系統(tǒng)的每個主要部分使用專用采集板來設(shè)計分布式架構(gòu)。板之間的通信由工作在 500 Kbits/s 的 CAN 總線執(zhí)行。

監(jiān)控系統(tǒng)包括以下模塊和板卡：

太陽能場輻照度和溫度模塊 （SFIT）：連接到專用的小型測量 PV 面板。測量可用的太陽能（輻照度）和場地溫度。

PV Field Monitor 板：獲取由 4 塊電池板組成的 4 串太陽能模塊提供的電流和電壓。充當(dāng) CAN 總線和串行端口之間的網(wǎng)關(guān)。

Raspberry Pi：獲取 CAN 總線上可用的數(shù)據(jù)并將其存儲在數(shù)據(jù)庫 （ RRDtool ） 中。承載MyPV Web服務(wù)器。Rpi 連接到我的家庭以太網(wǎng)。

PV Battery Monitor board （PVBM）：獲取電池電壓、電流和溫度。根據(jù)電池充電狀態(tài)管理 MyPV 和電網(wǎng)電源之間的自動切換。該模塊配備了一個 Wifi 模塊，充當(dāng) CAN 總線和以太網(wǎng)之間的網(wǎng)關(guān)。

在線電源選擇器 （OLSS）：在不到 20 毫秒的時間內(nèi)在 MyPV 電源和電網(wǎng)電源之間切換。該設(shè)備通過 CAN 總線消息進(jìn)行控制。

下圖顯示了這是如何圍繞 CAN 總線組織的：

人機界面 （HMI）

監(jiān)控子系統(tǒng)的板和模塊都沒有提供任何與用戶的接口（但有一些活動 LED）。

這是故意的：由于該系統(tǒng)應(yīng)被遠(yuǎn)程控制和監(jiān)督，因此整個 HMI 必須通過一些“最新”的遠(yuǎn)程功能可用，例如 Android 應(yīng)用程序和/或 Web 用戶界面 （WUI）。從這個角度來看，在本地 HMI 上所做的任何努力都是徒勞的。

事實上，我在去年開發(fā)了兩種類型的接口：

PV 系統(tǒng)管理器 （PVSM） Android 應(yīng)用程序：該應(yīng)用程序為用戶提供與系統(tǒng)的“實時”交互。此應(yīng)用程序可在本地和任何地方使用，前提是可以訪問 Internet。這是一個真正的“點對點”應(yīng)用程序。它一次只能在一臺設(shè)備上運行。由于它允許控制系統(tǒng)，因此此應(yīng)用程序是私有的，永遠(yuǎn)不會在 Google Play 上提供 ：-）。盡管如此，Java 項目是開源的。

該 MyPV網(wǎng)站：此動態(tài)站點是由專用的樹莓派主持。內(nèi)置的 RRDtool 數(shù)據(jù)庫以分鐘為基礎(chǔ)捕獲 CAN 總線上可用的數(shù)據(jù)。Python 腳本創(chuàng)建了有價值的圖表，允許用戶“一目了然”了解系統(tǒng)的狀態(tài)?！斑x擇”選項卡可以訪問“自定義釀造”圖表。用戶可以在 40 種不同的數(shù)據(jù)中選擇顯示。

在 10 英寸平板電腦上執(zhí)行的 Android PVSM 應(yīng)用程序