Salve a tutti,

a mesi dall'iscrizione vorrei presentare il mio piccolo impianto, che serve illuminazione, tv, cellulari, notebook, il più possibile realizzato home made. Premetto che una rete "domotica" RS485 half duplex, in cui un piccolo raspberry W rappresenta il master, cerca di supervisionare ed orchestrare i vari elementi sparsi per la casa (luci, prese per i caricatori, inseguitore, inverter, ecc). I nodi che la compongono si basano su affidabilissimi atmega32.

La parte pannelli è costituita da 2 moduli 60 celle, rispettivamente 225Wp e 180Wp (in verità la pot. nominale sarebbe più alta ma dei problemi ad un gruppo di celle ne limitano le potenzialità), più un modulo da 80Wp e 36 celle che rappresenta il primo pannello sul quale ho inziato a sperimentare.

Il modulo 180W è montato su inseguitore azimutale autocostruito. La posizione dipende esclusivamente dall'orario : durante le ore di luce si aggiorna ogni 15 minuti ed al momento non sono previste compensazioni per i vari periodi dell'anno.
Un motore ex tergicristallo, adeguatamente modificato per far sì che sull'albero di uscita del suo riduttore non siano presenti componenti assiali/radiali potenzialmente dannose, muove una comune barra filettata M12 protetta da grasso al rame. L'escursione è circa 115 gradi, sono presenti due finecorsa magnetici ed un reed che conta i giri barra per poter risalire all'angolo tramite qualche calcolo trigonometrico (teorema del coseno). 1 mosfet pilotato in PWM realizza avviamento/arresto soft ed un relè DPDT realizza l'inversione e ritorno in home a fine giornata.

In funzione da quasi 1 anno, è visibile nella foto sotto a sx, a fianco del pannello fisso.


Passiamo alla parte di accumulo e gestione dell'energia :



La scelta di realizzare una linea supplementare, anzi due, a 110VDC e 12VDC susciterà più di qualche perlessità ma siamo qui per discuterne. Tra un po' ci arriviamo.
Tensione nominale 12V. Perchè? Innanzitutto la potenza massima da gestire è esigua, ed inoltre in questo modo posso mettere quasi qualsiasi accumulatore in parallelo : lo scopo è utilizzare non batterie nuove ma quel che capita sottomano. Non è proprio ottimale per la ripartizione delle correnti tra esemplari di diverse caratteristiche, però tutto sommato funziona in maniera più che egregia. Ci sono 90Ah AGM + 80Ah acido + 60 Ah acido bank1 e 2x 140 Ah gel bank2.
Bank1 e bank2 sono interconnessi mediante due diodi schottky in antiparallelo (le gel riceveranno circa 0.3V in meno durante la ricarica e 0.3V in più durante la scarica), la linea DC fa capo a bank1.

Nel prossimo ritaglio di tempo proseguo con la descrizione scendendo nei dettagli, sperando di fare cosa gradita.

Ciao, la condivisione dei propri progetti è sempre una cosa gradita! Soltanto le immagini non vengono visualizzate.. cliccando con il tasto dx e selezionando apri immagine in altra finestra viene visualizzata, ma in pagina no

Ciao, da cosa potrebbe dipendere? Visualizzo correttamente su tutti i miei dispositivi...

confermo
Le due foto, si vedono

Ora le vedo anche io.. vabbè meglio così! Aspettiamo la descrizione più approfondita allora

Parallelo banchi :

Come detto, i due gruppi di batterie sono parallelati interponendo dei diodi schottky che non compaiono nella foto in quanto montati, su adeguato dissipatore, dietro al contenitore (si intravede nella foto precedente) ed in serie al fusibile da 32A in primo piano. Sto ventilando la possibilità di mettere un contattore NC, da eccitare durante l'equalizzazione per isolare le GEL.
I cavi che escono e vanno alle barre principali sono da 25 mmq, mentre per ciascun polo delle batt ho adottato 2x10 mmq. I collegamenti alle stesse sono incrociati, per avere cadute di tensione nei limite del possibile, e del ragionevole, distribuite.

Caricatore :


Allora... qui dentro ci sono le barre + / - dalle quali attingono i convertitori (DC DC 12 to 110V un inverter ad onda modificata da 300VA), la linea a bassa tensione che entra in casa e si distribuisce nelle varie stanze, router wifi, raspberry, e l'elettronica che gestisce la ricarica delle batterie.
Dei sensori hall di corrente permettono di conoscere i flussi di energia.
Tutto, ovviamente, protetto da numerosi fusibili.

L'elettronica che supervisiona e gestice il tutto è anch'essa un nodo slave di rete, e dialoga come gli altri via RS485 parlando un modbus RTU semplificato.



Possiamo vedere la parte logica/relè, basata su un ATMEGA32, e le sezioni di potenza MPPT1 e PWM.

Come anticipato, i 2 pannelli 60 celle sono parallelati (supponiamo siano entrambi in perfetta efficienza, anche se sappiamo di dover scendere ad un compromesso in quanto uno è azzoppato) ed entrano in un canale MPPT a loro dedicato gestito dalla MPPT1.
Si tratta di un buck converter sincrono, dal basso a sinistra andando in senso orario :

ingresso pannelli con a fianco un piccolo pcb in verticale (hall sensor 20A che misura la corrente entrante prodotta dagli stessi)

- diodo di ingresso montato su dissipatore cui fanno seguito delle capacità + varistore
-mosfet high side con piu sotto mosfet low side
-induttore
-capacità di uscita

L'uscita passa in un altro sensore HALL, da 50A, prima di arrivare alla barra +.

I mosfet, entrambi N channel, sono pilotati da un driverino IR2104 che incorpora il bootstrap per alzare la tensione di gate necessaria all'high side che ha il source sollevato dalla massa.

Con ventilazione forzata (induttore, diodo di ingresso e capacità sono i componenti che più ne hanno bisogno), può erogare in uscita 12V 30A in regime continuo.
Il rendimento (comprese cadute sui fusibili, cavi ecc) è attorno al 95% fino a 200W, poi scende al 90% principalmente per colpa dell'induttore.



Strategia di funzioanmento :

Dalla board logica arrivano due segnali :
PWM 0-5V ( 31 kHz ) ed enable.

Fintantochè le batterie non raggiungono il valore di tensione absorb, il funzionamento è fondamentalmente un perturb and observe con retroazione positiva sulla tensione del campo fotovoltaico. Quando la mattina la tensione dei moduli supera la soglia impostata il relè di ingresso chiude (bianco da 30A a sx sulla board logica), a ruota l'uC alza l'enable ed il converter di potenza parte con una tensione obiettivo parametrizzata come la Vmpp dei pannelli.
Inizia anche la scansione (ogni 30 sec) MPPT, che consiste nel fare Vinput*Iinput, alzare di 1% il duty cycle, dopo 15mS rifare V*I, poi abbassare il DC del 2%, rimisurare e scorrere lungo la curva di potenza cercando l'apice.

Una volta raggiunta e superata (di una risoluzione dell'adc, ovvero 20 mV) la tensione batteria obiettivo, il processore mantiene in memoria la Vmpp fino a poco prima utilizzata ma si sgancia dalla regolazione sull'ingresso e passa ad una regolazione PID retroazionata in negativo sulla tensione batteria, con banda neutra posta al di sotto (8 centesimi di volt mi pare sia attualmente).
In banda neutra il duty è "congelato", se per qualche motivo la tensione dovesse salire oltre il set verrebbe decrementato utilizzando il PID, al contrario se la tensione batt. dovesse scendere, si passerebbe in retroazione positiva sull'ingresso avendo come obiettivo la tensione Vmppt dei pannelli. E ciò causerebbe un aumento del duty cycle.
Dopo qualche decina di secondi di permanenza al di sotto della banda neutra l'MPPT viene riabilitato e si ricomincia.

Ho previsto una seconda uscita MPPT gemella a questa, per un futuro secondo gruppo di pannelli.

Parallelamente all'MPPT, gestisco con un algoritmo abbastanza primitivo il PWM, la cui attuazione di potenza è realizzata con tre P MOSFET parallelati e comandati a bassa frequenza ( sui 600 Hz mi sembra) per ridurre perdite di commutazione e disturbi :

se sotto alla banda neutra aumento il duty fino a raggiungere il massimo (molto lentamente, in verità), se sopra al set lo decremento fino ad arrivare a zero. In banda neutra, non si tocca niente.

In questo modo riesco a gestire più ingressi senza incorrere nei "palleggiamenti" di potenza tra di essi che si avrebbero se fossero indipendenti.

L'algoritmo prevede, per quel che concerne le batterie, una tensione di absorb ed una di float : si passa in float dopo un tempo cumulativo di permanenza in absorb (in futuro metterò un trigger anche sulla soglia di corrente entrante in batteria).

Nel caso la tensione scendesse sotto ad una soglia inferiore (nuvoloso, carichi importanti, ecc) il timer tempo decrementa, per cui possiamo ritornare in absorb più volte nella stessa giornata.
Una volta al giorno, prima del passaggio in float, può essere configurato un boost della durata di 10 minuti.
Idem per l'equalizzazione ogni tot giorni, se necessario.

Le tensioni obiettivo batteria prevedono un offset di -/+ 1 decimo ogni 4 gradi sopra/sotto i 25°C misurate da NTC esterna.


LOGICA :


Un po' di relè :

- relè ingresso fotovoltaico : oltre a collegare i pannelli la mattina e scollegarli la sera, nel caso in cui la tensione batteria superasse quella obiettivo per più del tempo necessario a smorzare l'overshoot di regolazione, qualche secondo, il relè aprirebbe con il sistema in uno stato di errore ripristinabile manualmente. E' un importantissimo fail safe, implementato dopo aver sperimentato un corto circuito sul mosfet alto che mi ha portato la tensione batteria oltre 16V con i pannelli che erogavano tutta la corrente possibile in maniera incontrollata.

- relè inverter 300VA : si accende quando il bus dc è sopra ad una soglia ( 13.8V) disattivandosi sotto i 12.8V. Può essere comandato manualmente da web.
A sua volta l'inverter, quando abilitato, tramite un relè doppio contatto switcha linea luci (quelle rimaste a 230V) e prese 10A. Non c'è sincronizzazione tra le fonti, delle NTC inrush limiter da 40 ohm in serie all'uscita proteggono i finali dell'inverter al costo di una esigua dissipazione termica.

- relè alimentatore backup : sotto una soglia batteria vengono inseriti alimentatore 230/12.6 V per alimentare utilizzatori e tamponare le batterie ed alimentatore 230/110VDC per servire la linea luci senza fare una doppia conversione 230 > 12 -> 110VDC passando attraverso il boost DC DC. In verità le soglie sono due : una istantanea ed una a tempo per evitare che transienti provochino switch inopportuni.

I due connettori a pettine servono per espandere gli ingressi ADC con un eventuale multiplexer analogico e per la programmazione ICSP del micro (che è un SMD, dietro).
Sotto ci sono varie morsettiere per RS485, I2C (display ed espansioni future), altre uscite digitali, le uscite per MPPT, ecc.

Alimentazione della logica +5V mediante uno buck switching per la massima efficienza, piccolo trasfo per rilevare la presenza rete & C.

MORSETTIERA E SENSORI HALL


Morsetti vari e sensori di corrente

Prox volta procedo con il resto (rete RS485, moduli luci, irrigazione, inseguitore solare, ecc), già così il post è pesantissimo