描述

它有什么作用，為什么？

作為一個自豪的小型光伏系統的所有者，令我感到痛苦的是，我幾乎沒有回報地出口大部分發電量，而在太陽下山時以更高的價格進口。

白天用多余的太陽能為電熱水儲水箱“充電”，而不是將其輸出到電網，這在某種程度上可以彌補不平衡、節省資金和保護地球。

該項目旨在滿足以下要求：

• 每天將水加熱到最低溫度，以防止軍團病和冷水淋浴。
• 僅在沒有足夠的多余太陽能以達到每日最低溫度時才輸入電力。
• 下午 3 點到晚上 9 點之間禁止供電（高峰電費）。
• 最小的射頻干擾。

確定可用功率：

為了確定發送到加熱元件的功率量，系統需要知道“房子”是輸入還是輸出功率。在我的例子中，此信息是通過對基于 NodeMCU 的 4 象限功率計的 HTTP 請求獲得的，這不是該項目的一部分。

HTTP 的替代方案：在 ESP32 上實施太陽能分流器（這樣您就有多個模擬輸入）并使用 analogueRead() 讀取以下項目的輸出以獲得功率導入/導出讀數。您可能需要添加一個運算放大器電路或類似的東西來將可用電壓范圍轉換為更適合 ADC 的電壓范圍。

硬件

主要組件是一個溫度傳感器，我把它推到水箱周圍的絕緣層下，一個固態繼電器驅動加熱元件，一個基于 NodeMCU/ESP8266 的控制器提供智能。

罐壁和保溫層之間的溫度傳感器

?

?

控制器+5v電源

?

?

負載控制

必須以平衡產生的多余太陽能的方式來控制加熱功率。

最明顯的方法是使用“相位延遲”開關三端雙向可控硅開關元件，但這會產生大量 RFI。或者，可以使用繼電器或雙向晶閘管定期打開/關閉電源：沒有 RFI，但電表將記錄交替的輸出和輸入，而不僅僅是零消耗。

快樂的中位數：一個“突發式”開關固態接觸器（過零），它在 36 周期突發周期（50Hz 網格）的可變部分關閉。實際上，這仍然是開/關原則，但速度足夠快，電表記錄平均消耗而不是單獨的導入/導出事件。

選擇“36”個周期是因為加熱元件為 3600W，因此每個“開啟”周期都會增加一個易于記憶的 100W 功率。

駕駛SSR ：

TRIAC 的輸入由軟件定時器 (ssr_control_fun) 在每個電源周期 (= 20 ms) 上的回調確定，每個周期編號為 [0..35]。

循環是“開”還是“關”由 3 個變量控制：

• bBoost：表示我們必須以最大速率加熱，以便在下午 3 點之前達到所需的水溫。
• nDivertCycles：仍然導致凈導出的最大“開啟”周期數。
• nLimitCycles：加熱元件與內置機械恒溫器一起位于水箱底部。水箱依靠對流將熱量從底部元件傳輸到水箱頂部。不幸的是，在全功率下，恒溫器會在水箱完全“充電”之前啟動。在恒溫器再次關閉電路之前，溫度需要下降近 10 度。同時，可能會浪費大量太陽能…… 值會限制在水溫接近恒溫器觸發點時發送到水箱的功率，從而允許更長的滲透時間。

// Cycles per period to divert excess power.
static int16_t		nDivertCycles;

// Max cycles per period to prevent the thermostat from triggering early.
static int16_t		nLimitCycles;

// Max power boost is required to reach by .
static bool			bBoost;



static void ssr_control_fun( void * )
// Runs on a 20msec timer, i.e. once every mains cycle.
// counts cycles, turns off power after the specified # of cycles,
// resets at the end of the PWM period.
{
	static int16_t		iCurrentCycle;	// Current cycle counter.
	
	// Turn on SSR until we have reached nDivertCycles, or when we need to boost.
	digitalWrite
	(	ssrControlPin, 
			(	bBoost											// Always on when boosting.
			||	(haveImport && (iCurrentCycle < nDivertCycles))// or when diversion is on
			)
		&&	(iCurrentCycle < nLimitCycles)	// either way, never exceed temp based power limit.
	);
	
	// Give each cycle a number 0..PwmCycles-1
	iCurrentCycle = (iCurrentCycle+1) % PwmCycles;
}

促進：

我們需要在每天下午 3 點之前達到 ：我們估計從當前溫度到 應用全功率需要多長時間。=67>如果晚于下一個下午 3 點，則激活“提升”。估計時間基于一組 10 度溫度間隔，其中包含應用滿載時估計度數/小時的增加。

// Target temperature to aim for by TargetTOD
#define TargetTemp			67



// Time-of-day after which only solar power should be used (secs)
// (start of peak tariff)
#define TargetTOD		(15 * SECS_PER_HOUR)

// Estimated average temperature rise for every hour under 100% power (C/hr)
// The rate varies depending on temp in 10 degree increments, starting at 0.

static const uint8_t	heating_rates[] =
            {	15, 15, 13, 11,  9,  7,  6,  6,  6 };
// start-temp	0    10    20    30    40    50    60	70    80

static float heatingTime( const float from, const float to ) {....}
// estimated time in hours to reach  starting at 

static void updateBoost(const uint32_t	utc, const float curTemp) {....}
// Check if it is still possible to reach  by  at less
// than full power. If not, start a 15 min timer to turn on full power.
// The timer is prevent unnecessary boosts (which cost money) due to temporary
// temperature reductions when the hot tap is opened and cold water flows in.

轉移周期：

轉移的功率量通過 nDivertCycles 控制，應用 36 個功率中的循環數。該值通過一個簡單的反饋回路確定：系統每 10 秒檢查一次當前功率輸出/輸入水平并調整活動周期數以獲得 0 到 100W 之間的輸出。

static void updateDivertCycles( const int16_t exp )
// Updates nDivertCycles to match spare power.

極限循環：

（可選）為了最大化存儲容??量，我們需要防止內置在水箱中的機械恒溫器斷開電路。這發生在大約 69℃。不幸的是，在全功率下，水箱內的溫度分布使得我靠在水箱壁上的傳感器不能很好地指示內置恒溫器的溫度。所以我們需要降低功率，以便在不觸發恒溫器的情況下進一步加熱水箱。

這是通過線性減少最大值來完成的。在 67 和 69℃ 之間從 100% 到 12.5% 的活性循環數。

static void updateLimitCycles( const float curTemp )
// Limit the duty-cycle when water temperature exceeds TargetTemp

當地時間：

該系統旨在每天在同一當地時間完成對水的加熱。因此，它需要訪問時間服務器以獲取 UTC，并將 UTC 轉換為本地時間，同時考慮夏令時的變化。

獲得 UTC 是相當標準的。本地時間的轉換由“timeZone”庫模塊提供（根據 Jack Christensen 的設計稍作修改）。timeZone 模塊為澳大利亞維多利亞州提供轉換例程和單一時區規范。您需要修改/添加您所在地區的 TZ 規范。

時區.cpp

// Victoria, Oz timezone
static TimeChangeRule aeST = {"AEST", First, Sun, Apr, 3, 600};   // UTC + 10 hours
static TimeChangeRule aeDT = {"AEDT", First, Sun, Oct, 2, 660};   // UTC + 11 hours
Timezone ae(aeDT, aeST);

solar_diverter_report.ino:

#include                   // settimeofday_cb()
#include 

const uint32_t	utc = utcTime();
const uint32_t	localTime = ae.toLocal( utc );

網絡監控：

該系統包括許多 http/svg 網頁，提供多個時間尺度上的溫度/功率歷史記錄。提供了代碼，但沒有記錄......

陰天：太陽能不足，導致多次升壓。

?

?