Carico automatico per impianto fotovoltaico

L’energia fotovoltaica che supera l’autoconsumo istantaneo viene tipicamente immessa in rete e venduta a 0.05 €/kWh (ritiro dedicato). Questo prezzo è piuttosto basso, ed è quello che costa 1 kWh termico prodotto con una caldaia a gas o gasolio.

Ho quindi costruito un sistema che accende e regola automaticamente la potenza di una stufa, per scaldare la casa durante il giorno sfruttando la sovra-produzione fotovoltaica.

L’inerzia termica della casa porta il calore erogato dalla stufa dalle ore di sole a quelle di buio.

Questo si traduce in maggiore comfort e minore consumo di combustibile la sera.

 

Il sistema di controllo

La potenza attiva prodotta dall’impianto fotovoltaico e quella consumata dall’abitazione (stufa inclusa) vengono misurate da un multimetro multifunzione mediante due trasformatori amperometrici (TA).

Una scheda elettronica con processore ESP8266 programmata in C interroga il multimetro attraverso l’interfaccia RS485, protocollo modbus RTU, ogni 0.5s, e calcola il valore di potenza scambiata con la rete come Pscambio=Pprelievo-Produzione.

La scheda ESP8266 fa tre cose:

  • invia ogni 10 secondi al server remoto MySQL per registrazione e monitoraggio remoto.
  • fornisce i dati principali su una interfaccia grafica web accessibile in locale. La pagina è una “single page application” programmata in HTM, CSS e AJAX, che interroga via HTTP la scheda ogni 1s per aggiornare i valori sulla pagina.
  • Risponde alle richieste HTTP della scheda dimmer con il valore di potenza scambiata con la rete (positivo se in Prelievo, negativo se in immissione).

La scheda dimmer è basata anch’essa su un processore ESP8266 che interroga la prima scheda con frequenza di 2Hz, e comanda la stufa con la tecnica della parzializzazione di fase.

La scheda dimmer legge il passaggio per lo zero della tensione di rete, e innesca il triac con un ritardo compreso fra 0 e 10 millisecondi, per regolare la potenza alla stufa.

Tutto il software è implementato utilizzando Ubuntu e software open-source gratuiti.

L’anello di regolazione

La regolazione implementata al momento è un regolatore proporzionale, dove l’errore è la potenza scambiata con la rete. Se positiva c’è prelievo, e il carico viene progressivamente ridotto di una quantità proporzionale all’errore. La variabile dimm conserva il valore dell’azione regolante da una iterazione alla successiva. Il loop di regolazione è aggiornato con frequenza di 2 Hz.

eq1) AzProp=Kp * Pprelievo

eq2) dimm=dimm-AzProp

dimm è adimensionale, da 0 a 10mila rappresenta 0-100% di accensione del carico. Di conseguenza il coefficiente proporzionale kp è dimensionalmente 1/W.

kp=0.15 W^-1

Per evitare azioni regolanti troppo forti e instabilità del sistema, è inserita una saturazione dell’azione regolante AzProp. |AzProp|<500.

Prova di funzionamento

Quando il dimmer viene acceso interroga la scheda misure e riscontrando una potenza scambiata negativa (immissione in rete) inizia ad aumentare la potenza assorbita dalla stufa. Di conseguenza la potenza immessa in rete diminuisce fino a zero. Quando un altro carico viene acceso in casa il prelievo diventa positivo, la potenza alla stufa viene ridotta progressivamente fino a trovare il nuovo equilibrio fra produzione e consumo.