制作一個(gè)離網(wǎng)太陽(yáng)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(dú)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(yáng)光，目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全獨(dú)立。

盡管如此，我的計(jì)算預(yù)測(cè)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(chǔ)存起來(lái)以備以后在冬天使用，那么完全獨(dú)立就可以實(shí)現(xiàn)。這些令人鼓舞的數(shù)字幫助我做出了開(kāi)展這個(gè)項(xiàng)目的決定。

最后要注意，如果沒(méi)有全面的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控系統(tǒng)，該項(xiàng)目就不會(huì)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(shuō)明。

補(bǔ)給品

1×太陽(yáng)場(chǎng)輻照度和溫度模塊 （SFIT）

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

1×光伏現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控板 （PVFM）

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

1×數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

基于 Raspberry Pi Model B。使用開(kāi)源 RRDtool 數(shù)據(jù)庫(kù) + 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(xiě)的應(yīng)用程序。 Hardawer 和 Software 是開(kāi)源的

1×在線源選擇器 （OLSS）

相關(guān)說(shuō)明

我的光伏（光伏）系統(tǒng)包括以下主要部分：

由 16 個(gè)太陽(yáng)能模塊組成的太陽(yáng)能場(chǎng)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(yáng)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(yáng)能和電網(wǎng)電源之間切換

工作原理：

在白天，太陽(yáng)能場(chǎng)的 960 個(gè)電池將太陽(yáng)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(gè)糟糕的數(shù)字，但由于太陽(yáng)能可以達(dá)到 1000 W/m2，在這些條件下，該場(chǎng)產(chǎn)生 4300 瓦。這相當(dāng)于7匹馬的力量。沒(méi)那么糟糕！太陽(yáng)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(lái)太陽(yáng)能場(chǎng)的出到48 V DC，適合于蓄電池充電。由于太陽(yáng)能光功率不斷變化，充電器會(huì)不斷跟蹤最大功率點(diǎn)，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(guò)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(chǔ)存高達(dá) 10 千瓦時(shí)的電力。這足夠一天的消費(fèi)了。這是一個(gè)很短的時(shí)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(lái)的一個(gè)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(jī)、洗衣機(jī)甚至干衣機(jī)。當(dāng)逆變器提供 10 千瓦時(shí)，電池電流可能會(huì)攀升至 200 安培。該逆變器是一個(gè)VICTRON鳳凰48V / 230V 5KVA逆變器。

該網(wǎng)是公共電網(wǎng)。在法國(guó)，電力主要由 EDF（Electricité de France）提供和分配。核電站目前生產(chǎn)法國(guó) 85% 的電力。在我看來(lái)，電（非常）便宜：大約 0.12 歐元/千瓦時(shí)。可以打賭，一旦是時(shí)候拆除許多法國(guó)破舊的核電站，這個(gè)價(jià)格就會(huì)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?yáng)能和電網(wǎng)能量幾乎瞬時(shí)（少于20毫秒）之間進(jìn)行切換。這確保了能源的變化對(duì)于房屋的居民來(lái)說(shuō)通常是察覺(jué)不到的。這還可以防止 PC 和電子設(shè)備崩潰。當(dāng)電池過(guò)度放電而無(wú)法繼續(xù)使用太陽(yáng)能時(shí)，或者當(dāng)電池在沉悶的一天后再次充電時(shí)，就會(huì)發(fā)生電源切換。源選擇器的設(shè)計(jì)可 隨時(shí)防止太陽(yáng)能系統(tǒng)與電網(wǎng)并聯(lián)。 該 信號(hào)源選擇是完全個(gè)人的設(shè)計(jì)。

效果圖示意：

完整的太陽(yáng)場(chǎng)

中間底部的小面板是測(cè)量面板。該面板隨時(shí)測(cè)量可用的太陽(yáng)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(yáng)能充電器（從左到右）

大灰色盒子包含保險(xiǎn)絲、斷路器和防雷裝置。小的包含 PV 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控板 （PVFM）、托管數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)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(gè)電壓和電流。由于使用單個(gè)采集板很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因此我決定為系統(tǒng)的每個(gè)主要部分使用專用采集板來(lái)設(shè)計(jì)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(yáng)能場(chǎng)輻照度和溫度模塊 （SFIT）：連接到專用的小型測(cè)量 PV 面板。測(cè)量可用的太陽(yáng)能（輻照度）和場(chǎng)地溫度。

PV Field Monitor 板：獲取由 4 塊電池板組成的 4 串太陽(yáng)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(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù) （ 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(dòng)切換。該模塊配備了一個(gè) 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(shí)間內(nèi)在 MyPV 電源和電網(wǎng)電源之間切換。該設(shè)備通過(guò) 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(jī)界面 （HMI）

監(jiān)控子系統(tǒng)的板和模塊都沒(méi)有提供任何與用戶的接口（但有一些活動(dòng) 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(gè) HMI 必須通過(guò)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(gè)角度來(lái)看，在本地 HMI 上所做的任何努力都是徒勞的。

事實(shí)上，我在去年開(kāi)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?yàn)橛脩籼峁┡c系統(tǒng)的“實(shí)時(shí)”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(wèn) Internet。這是一個(gè)真正的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”應(yīng)用程序。它一次只能在一臺(tái)設(shè)備上運(yùn)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(huì)在 Google Play 上提供 ：-）。盡管如此，Java 項(xiàng)目是開(kāi)源的。

該 MyPV網(wǎng)站：此動(dòng)態(tài)站點(diǎn)是由專用的樹(shù)莓派主持。內(nèi)置的 RRDtool 數(shù)據(jù)庫(kù)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(jià)值的圖表，允許用戶“一目了然”了解系統(tǒng)的狀態(tài)。“選擇”選項(xiàng)卡可以訪問(wèn)“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