Controllo automatico di un riscaldatore a caldaia con un modulo SCR Wi-Fi

Questo articolo spiega come controllare automaticamente un riscaldatore a caldaia utilizzando un modulo SCR Wi-Fi (SCR_485) e un contatore energetico IAMMETER per migliorare il tasso di autoconsumo di un impianto fotovoltaico (FV).

Regolando la potenza di uscita del modulo SCR in tempo reale in base all'energia immessa in rete, l'obiettivo è consumare quanta più energia immessa possibile e aumentare il tasso di autoconsumo dell'impianto FV.

In precedenza, avevamo un tutorial che insegnava come utilizzare un modulo SCR Wi-Fi con firmware ESP Home per regolare linearmente la potenza di uscita dei carichi resistivi. Per maggiori dettagli, consulta il seguente link: ESP32 + SCR module: Linearly adjust the power output of resistive loads, such as heaters.

Visualizzazione dell'effetto

Come mostrato in figura, dopo aver attivato la modalità automatica, la "Set Power" del controller SCR viene regolata continuamente in tempo reale in base all'energia immessa, mantenendo la potenza immessa intorno a 0W.

Controllo della potenza del riscaldatore in base alla potenza di rete

Grid Power REV: Potenza immessa

SCR_485 Power: "Set Power" di SCR_485

Informazioni su SCR_485

Un controller di potenza lineare con una potenza massima di uscita di 4 kW (sistema 220V). Può regolare linearmente la potenza in uscita nell'intervallo 0-4 kW, consigliato per il controllo di carichi resistivi (come i riscaldatori a caldaia) e fornisce funzionalità Wi-Fi.

SCR_485, controller di potenza lineare, regolatore di tensione per carico resistivo

Per ulteriori informazioni, vedi questo link.

Firmware

SCR_485 utilizza il firmware ESP Home, che è stato già preflashato prima della spedizione.

YAML

File YAML: SCR-485.yaml.

I clienti devono configurare l'indirizzo IP e le informazioni relative alla fase in base al proprio utilizzo del contatore energetico.

Cablaggio del sistema

Il cablaggio del sistema è mostrato nella figura seguente, con i componenti principali come segue:

Un contatore energetico trifase IAMMETER viene utilizzato per misurare la potenza di rete. Poiché il contatore energetico IAMMETER è un contatore bidirezionale, può misurare la potenza bidirezionale (potenza prelevata dalla rete e potenza reimmessa in rete) e fornisce un'API per leggere i risultati di misurazione in tempo reale.
SCR_485: Un modulo SCR Wi-Fi che legge le letture di potenza dal contatore IAMMETER tramite l'API e regola la potenza in uscita in tempo reale per alimentare il riscaldatore a caldaia.

Regolazione automatica della potenza in uscita del modulo SCR_485 in base alla potenza di rete

Dopo aver completato il cablaggio del sistema, i clienti devono completare le seguenti attività:

Configurare le credenziali Wi-Fi di "SCR_485".
Configurare il contatore energetico IAMMETER nel file YAML di ESP Home.
Impostare i parametri.

Configurare le credenziali Wi-Fi di "SCR_485"

Configurare le credenziali Wi-Fi in ESP Home

Configurare il contatore energetico IAMMETER in ESP Home

Apri la pagina web in ESP Home. Nell'istantanea, noterai sei dispositivi elencati, poiché attualmente abbiamo sei unità SCR_485 in fase di test nel nostro laboratorio.

SCR_485 in ESP Home

Aggiorna il file di configurazione YAML con questo scr-485.yaml.

Modifica la configurazione YAML in base al tipo di contatore energetico utilizzato.

WEM3080

WEM3080 è il contatore energetico monofase di IAMMETER, quindi se utilizzi WEM3080, significa che la potenza misurata è la Potenza di Rete, e devi solo impostare l'indirizzo IP del contatore come segue:

Cambia l'IP (10.10.30.33) nel file YAML con l'IP del contatore energetico.

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
      - if:
          condition:
            lambda: 'return id(auto_mode);'
          then:
            - http_request.get:
                url: "http://10.10.30.33/monitorjson"
                headers:
                  Content-Type: "application/json"
                verify_ssl: false

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T:

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T sono tutti contatori energetici trifase di IAMMETER. Se si utilizza un contatore trifase, oltre a configurare l'indirizzo IP, è necessario anche scegliere quale fase specifica viene utilizzata per misurare la Potenza di Rete.

Impostare l'indirizzo IP del contatore

Cambia l'IP 10.10.30.33 nel file YAML con l'IP del contatore energetico.

Selezionare la fase specifica del contatore per misurare la potenza di rete

Se l'alimentazione di rete è monofase, qualsiasi fase del contatore trifase può essere utilizzata per misurare la potenza di rete (come mostrato nella sezione sul cablaggio del sistema, la Fase B viene utilizzata per misurare la potenza di rete).

Se l'alimentazione di rete è trifase, la potenza totale del contatore trifase deve essere utilizzata per rappresentare la potenza di rete.

I commenti nel codice seguente lo indicano:

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
...

int16_t power_value = root["Datas"][1][2];
# power value in phase A:  ["Datas"][0][2], 
# power value in phase B: it is ["Datas"][1][2]
# power value in phase C: it is ["Datas"][2][2]
...

Impostazione dei parametri

Accedi alla pagina web, le spiegazioni dei parametri sono le seguenti:

Auto Mode: Modalità manuale/Modalità automatica.

Threshold: Il valore di soglia del ciclo di controllo.

Hysteresis: Il parametro di isteresi del trigger di Schmitt. Poiché viene utilizzato il controllo alto/basso, il parametro "Hysteresis" viene aggiunto per prevenire oscillazioni. Un'operazione viene attivata quando Grid Power > threshold + Hysteresis o Grid Power < threshold - Hysteresis.

Set power: La potenza di uscita impostata da SCR_485.

Impostazione dei parametri in SCR-485, soglia, isteresi

Impostazione della potenza massima

Questo parametro è la potenza massima del carico controllato da SCR_485. Poiché SCR_485 controlla il carico regolando la tensione di uscita, deve utilizzare questa Max Power come riferimento nel calcolo della Set Power.

Ad esempio, se la potenza massima è impostata a 3.3 kW, SCR assumerà che la potenza di uscita sia 3.5 kW a 220V di tensione di lavoro. Successivamente, se la Set Power deve essere regolata a 0.875 kW, SCR_485 ridurrà la tensione a 110V.

Impostazione di soglia e isteresi

L'introduzione dell'isteresi serve a prevenire il funzionamento frequente del sistema di controllo, simile al principio di un trigger di Schmitt. Solo quando il valore misurato (potenza di rete) è maggiore di "threshold + hysteresis" o minore di "threshold - hysteresis", viene eseguita un'azione (regolazione della potenza di uscita di SCR_485)

Es: Threshold = -20 W, Hysteresis = 50 W.

Queste due impostazioni servono ad aumentare la potenza impostata di SCR_485 quando la potenza di rete è inferiore a -70 W (-20-50).

Queste due impostazioni servono a diminuire la potenza impostata di SCR_485 quando la potenza di rete è superiore a 30 W (-20+50).

Si prega di notare che nella misurazione bidirezionale del contatore energetico IAMMETER, i valori di potenza negativi indicano che l'impianto FV sta immettendo energia in rete, mentre i valori di potenza positivi indicano che il sistema sta consumando energia dalla rete.

Impostazione dei parametri in SCR-485, soglia, isteresi