Jak zapobiegać wyłączaniu falownika przy 253V? Nadwyżka PV i rozwiązania BleBox – cz. 3

Nie ma nic za darmo?

Najprostsze rozwiązanie nie zawsze wymaga osobnego licznika energii ani rozbudowanego sterownika. Po bezpłatnej aktualizacji oprogramowania switchBox, switchBoxD oraz ich wersje przeznaczone do montażu na szynie DIN zyskują możliwość pomiaru napięcia zasilającego. Dzięki temu pojedynczy sterownik może samodzielnie obserwować wzrost napięcia i po przekroczeniu ustawionego progu uruchomić odbiornik – na przykład grzałkę basenową, grzałkę zasobnika albo inne urządzenie, którego pracę można przesunąć na okres największej produkcji PV. Dzięki temu, setki tysięcy osób w Polsce zyskają za darmo możliwość walki z martnotrastwem w kilkadziesiąt sekund.

Jest to klasyczna automatyka progowa, ale zrealizowana bez dokładania osobnego przekaźnika napięciowego. W prostych instalacjach może w zupełności wystarczyć. Trzeba jednak pamiętać o jej podstawowym ograniczeniu: urządzenie widzi wzrost napięcia, ale samo napięcie nie mówi jeszcze, czy energia jest właśnie oddawana do sieci, czy pobierana przez budynek. Źle dobrane progi albo zbyt duży odbiornik mogą doprowadzić do sytuacji, w której zamiast wykorzystywać darmową nadwyżkę z fotowoltaiki, zaczniemy zasilać grzałkę energią kupowaną z sieci.

Znacznie większą kontrolę daje dedykowany, dwukierunkowy miernik energii – smartMeter lub energyMeter DIN – który poza napięciem obserwuje prądy, moce oraz kierunek przepływu energii. Układ wie więc nie tylko, że napięcie wzrasta, ale również, czy i ile energii jest aktualnie eksportowane do sieci. Na tej podstawie może bezprzewodowo sterować urządzeniami BleBox, uruchamiać kolejne stopnie obciążenia, reagować osobno na sytuację każdej fazy i wyłączać odbiorniki, zanim instalacja zacznie pobierać energię z sieci.

Właśnie w tym miejscu kończy się proste reagowanie na skutek, a zaczyna świadome zarządzanie energią. Nie musimy czekać, aż napięcie niebezpiecznie zbliży się do wartości granicznej. Możemy wcześniej zauważyć rosnący eksport i wykorzystać nadwyżkę lokalnie – podgrzać wodę użytkową, zwiększyć temperaturę basenu, uruchomić pompę, rozpocząć ładowanie albo zasilić urządzenie, którego praca nie musi odbywać się o konkretnej godzinie.

Nie należy przy tym ograniczać się do najbardziej oczywistego pomysłu, czyli grzałki. Nadwyżkę energii można wykorzystać także do pompowania i przemieszczania wody. Przykładem jest automatyczne nawadnianie, którego część pracy można przenieść na godziny największej produkcji fotowoltaiki.

Zanim pojawi się zarzut, że podlewanie w pełnym słońcu szkodzi trawnikowi i roślinom – nie musi chodzić o zraszacze rozpylające wodę na rozgrzane liście. Linie kroplujące, kroplowniki umieszczone przy drzewach czy instalacje nawadniania podziemnego dostarczają wodę bezpośrednio do strefy korzeniowej i, po prawidłowym zaprojektowaniu, mogą pracować również wtedy, gdy świeci słońce. W takiej instalacji nadwyżka PV zasila pompę, a energia nie jest „spalana dla samego zużycia”, lecz wykonuje użyteczną pracę.

To rozróżnienie jest kluczowe dla całego artykułu. Celem automatyki nie powinno być zużywanie energii za wszelką cenę tylko po to, aby nie oddawać jej do sieci. Chodzi o znalezienie odbiorników, których pracę można bezpiecznie przesunąć na okres nadwyżki, a następnie o takie sterowanie ich mocą, aby rzeczywiście ograniczyć eksport i wzrost napięcia, nie powodując jednocześnie niepotrzebnego poboru z sieci.

W dalszej części przejdziemy od najprostszego sterowania napięciowego realizowanego przez switchBox, przez kontrolę eksportu z wykorzystaniem energyMeter DIN, aż po układy uwzględniające temperaturę, priorytety odbiorników i płynne zadawanie mocy sygnałem analogowym przez dacBox. Pokażę również mniej oczywiste zastosowania, w których nadwyżka energii nie trafia do typowego magazynu energii ani grzałki, lecz jest zamieniana w ciepło, przepływ wody, pracę pompy albo efekt, który trudno przeoczyć nawet z dużej odległości.

Najprostszy wariant: switchBox reagujący na wzrost napięcia

Nie każda instalacja wymaga od razu montażu trójfazowego licznika energii i budowy rozbudowanego systemu zarządzania nadwyżkami. W prostym przypadku wystarczy urządzenie, które znajduje się już przy sterowanym odbiorniku.

Po bezpłatnej aktualizacji oprogramowania (do wersji 0.1502 lub wyższej) moduły switchBox, switchBoxD oraz ich wersje DIN mogą wykorzystywać pomiar własnego napięcia zasilającego jako wyzwalacz akcji. Oznacza to, że sterownik może samodzielnie zauważyć wzrost napięcia i uruchomić podłączony odbiornik, zanim falownik zostanie zmuszony do ograniczenia produkcji lub odłączenia się od sieci.

Cała logika działa lokalnie w urządzeniu – również bez podłączenia do sieci. Po skonfigurowaniu akcji switchBox nie musi oczekiwać na polecenie z zewnętrznego systemu automatyki ani na reakcję użytkownika. Gdy zostanie spełniony ustalony warunek, wyjście zostanie przełączone automatycznie.

Przykład: ogrzewanie basenu

Załóżmy, że przy domu znajduje się instalacja fotowoltaiczna oraz basen wyposażony w grzałkę elektryczną albo pompę ciepła. W słoneczne dni napięcie w instalacji rośnie, ponieważ falownik próbuje przekazać nadwyżkę energii do sieci.

switchBox mierzy napięcie dokładnie w miejscu, w którym jest zasilany. Po przekroczeniu określonego progu może automatycznie uruchomić ogrzewanie.

Włączenie odbiornika powoduje zwiększenie lokalnego zużycia energii. Mniejsza moc jest oddawana do sieci, a napięcie może się obniżyć lub przynajmniej przestać rosnąć.

Najprostszy schemat można przedstawić następująco:

instalacja PV → instalacja domowa → switchBox → grzałka, stycznik albo wejście sterujące urządzenia.

Moduł powinien być zasilany z tej samej fazy, której napięcie ma obserwować. Jest to szczególnie istotne w instalacjach trójfazowych, ponieważ napięcia na poszczególnych fazach mogą się znacząco różnić. switchBox zamontowany na fazie L1 nie wie, jakie napięcie występuje w tym samym momencie na L2 i L3.

Konfiguracja przedstawiona na ilustracji składa się z trzech etapów.

Ustawienie warunku

W sekcji „Gdy” wybieramy wyzwalacz:

Napięcie większe niż

Następnie wpisujemy wartość progową. Po przekroczeniu tej wartości warunek akcji zostaje spełniony. switchBox nie musi otrzymywać informacji od falownika ani od zewnętrznego licznika – reaguje na napięcie zmierzone na własnym zasilaniu.

Wartość 253 V została na ilustracji zastosowana dla czytelnego pokazania zasady działania. W rzeczywistej instalacji ustawienie wyzwalacza dokładnie na granicy 253 V może być zbyt późne. Falownik również mierzy napięcie, a wskazania obu urządzeń mogą się nieznacznie różnić ze względu na miejsce pomiaru, tolerancję układów pomiarowych oraz spadki napięcia w przewodach.

W praktyce reakcję zazwyczaj warto rozpocząć wcześniej, przykładowo przy 250-252 V. Ostateczny próg powinien wynikać z obserwacji konkretnej instalacji, a nie z jednej wartości skopiowanej z poradnika.

Wybór działania

W sekcji „Wykonaj” wybieramy:

Włącz → wyjście 1

Po spełnieniu warunku switchBox załączy swoje wyjście, uruchamiając grzałkę, stycznik albo wejście sterujące ogrzewaniem basenu.

Opcja powtarzania ustawiona jako „Wykonaj przy spełnieniu warunku” oznacza, że akcja ma zostać wykonana wtedy, gdy wskazany warunek stanie się prawdziwy. Nie jest potrzebny harmonogram ani ręczne uruchamianie sceny.

Sprawdzenie podsumowania

W ostatnim kroku nadajemy akcji czytelną nazwę, na przykład:

Ogrzewaj basen

Po zapisaniu akcja jest realizowana przez moduł automatycznie.

Samo włączenie nie wystarczy

Do kompletnej automatyki potrzebna jest również druga akcja, odpowiadająca za wyłączenie odbiornika po spadku napięcia.

Nie należy ustawiać identycznego progu włączania i wyłączania. Mogłoby to doprowadzić do szybkiego przełączania wyjścia, szczególnie przy zmiennym zachmurzeniu. Grzałka zostałaby włączona, napięcie nieznacznie by spadło, urządzenie zostałoby wyłączone, po czym napięcie ponownie by wzrosło.

Dlatego stosuje się histerezę, czyli dwa różne progi. Przykładowo:

• włącz ogrzewanie, gdy napięcie przekroczy 251 V,
• wyłącz ogrzewanie, gdy napięcie spadnie poniżej 248 V.

Różnica pomiędzy progami stabilizuje działanie układu. Konkretne wartości należy dobrać do mocy odbiornika, charakterystyki instalacji i obserwowanych zmian napięcia.

W przypadku urządzeń ze sprężarką trzeba dodatkowo uwzględnić minimalny czas pracy oraz minimalną przerwę pomiędzy kolejnymi uruchomieniami. Zbyt częste załączanie pompy ciepła może skrócić jej trwałość, nawet jeżeli z punktu widzenia bilansu energii automatyka działa poprawnie.

WAŻNE

Niezależnie od sposobu sterowania temperatura wody musi pozostawać kontrolowana przez właściwy termostat, sterownik basenowy albo thermoBox. Pomiar napięcia decyduje jedynie o tym, kiedy dostępna jest korzystna chwila na ogrzewanie. switchBox nie zastępuje zabezpieczeń temperaturowych ani ograniczeń wymaganych przez producenta grzałki.

Ograniczenia sterowania wyłącznie na podstawie napięcia

Rozwiązanie z pojedynczym switchBoxem jest proste i nie wymaga dodatkowego miernika, ale należy też znać jego ograniczenia.

Moduł wie, że napięcie wzrosło, lecz nie zna aktualnego bilansu energetycznego całego budynku. Nie potrafi więc jednoznacznie ustalić, czy instalacja oddaje do sieci 4 kW, 500 W, czy w danym momencie zaczęła już pobierać energię.

Możliwa jest zatem sytuacja, w której:

1. napięcie przekracza ustawiony próg,
2. switchBox uruchamia grzałkę o mocy 3 kW,
3. rzeczywista nadwyżka wynosiła tylko 1 kW,
4. pozostałe 2 kW zaczynają być pobierane z sieci.

Automatyka napięciowa najlepiej sprawdza się wtedy, gdy:

• problem ma charakter powtarzalny,
• odbiornik ma moc zbliżoną do typowej nadwyżki,
• zależy nam na prostym rozwiązaniu,
• chwilowy niewielki pobór z sieci jest akceptowalny,
• urządzenie znajduje się na fazie, na której rzeczywiście rośnie napięcie.

W bardziej złożonej instalacji lepiej wykorzystać inteligentny analiator energii – energyMeter. Taki miernik obserwuje nie tylko napięcie, lecz również moc oraz kierunek przepływu energii. Może więc uruchamiać odbiorniki wtedy, gdy nadwyżka faktycznie występuje, a nie tylko wtedy, gdy wzrosło napięcie.

switchBox pełni wówczas rolę lokalnego wykonawcy, natomiast decyzja jest podejmowana na podstawie znacznie pełniejszej informacji o pracy całej instalacji.

Krok dalej: energyMeter DIN wie, czy energia płynie do sieci, czy z sieci

Sterowanie wyłącznie na podstawie napięcia jest proste, ale działa trochę jak obserwowanie korka drogowego z daleka. Widzimy, że sytuacja robi się niebezpieczna, lecz nie wiemy jeszcze, ile samochodów jedzie w każdą stronę.

W instalacji fotowoltaicznej samo napięcie również nie daje pełnego obrazu. Wysoka wartość może oznaczać intensywny eksport energii z naszego falownika, ale może też wynikać z warunków panujących w sieci elektroenergetycznej. W tym drugim przypadku uruchomienie kilku kilowatów dodatkowego obciążenia nie musi oznaczać wykorzystania własnej nadwyżki – część energii możemy po prostu kupić z sieci.

energyMeter DIN uzupełnia brakującą informację. Mierzy nie tylko napięcie, ale również prąd, moc czynną, bierną i pozorną, a przede wszystkim kierunek przepływu energii. Może pracować w instalacji jednofazowej albo trójfazowej i prezentować wyniki osobno dla każdej fazy oraz jako ich sumę. Dzięki temu automatyka może reagować nie na przypuszczenie, że pojawiła się nadwyżka, lecz na jej rzeczywisty pomiar.

Gdzie powinien zostać zamontowany energyMeter?

Jeżeli celem jest kontrolowanie bilansu całego budynku, przekładniki prądowe energyMetera należy umieścić w punkcie, przez który przepływa cała energia pobierana z sieci i oddawana przez instalację fotowoltaiczną. Najczęściej będzie to rozdzielnica główna, możliwie blisko punktu przyłączenia budynku.

Przekładniki znajdujące się w zestawie pozwalają mierzyć prąd do 50 A na każdej fazie. Przewód przechodzi przez ich otwór, dlatego toru głównego nie trzeba przecinać ani prowadzić przez sam licznik.

Napięcie mówi „uważaj”, moc mówi „ile energii zostało”

Załóżmy, że napięcie na jednej z faz wzrosło do 251,5 V. Sam switchBox może potraktować tę wartość jako sygnał do włączenia grzałki. Nadal jednak nie wie, czy instalacja oddaje do sieci 500 W, czy 5 kW.

energyMeter pokazuje rzeczywistą moc czynną. W konwencji stosowanej przez urządzenie dodatnia moc oznacza pobór energii, natomiast wartość ujemna oznacza eksport do sieci. Zielona sygnalizacja fazy informuje o oddawaniu energii, czerwona o jej pobieraniu. Dodatkowo urządzenie podaje w czasie rzeczywistym szczegółowe informacje za pośrednictwem aplikacji wBox.

Przykładowo:

• +1800 W – budynek pobiera z sieci 1,8 kW,
• -600 W – do sieci oddawane jest około 600 W,
• -4200 W – nadwyżka wynosi około 4,2 kW.

Dzięki temu można dobrać odbiornik do rzeczywiście dostępnej mocy. Grzałka 3 kW uruchomiona przy eksporcie 4,2 kW nadal pozostawi około 1,2 kW eksportu. Ta sama grzałka uruchomiona przy nadwyżce 600 W spowodowałaby natomiast pobór około 2,4 kW z sieci.

To właśnie najważniejsza różnica pomiędzy prostym sterowaniem napięciowym a zarządzaniem energią na podstawie energyMetera.

Przykład: ogrzewanie basenu tylko z rzeczywistej nadwyżki

Załóżmy, że grzałka basenowa ma moc 3 kW i jest sterowana przez switchBox albo przez stycznik załączany jego wyjściem.

W aplikacji wBox tworzymy w energyMeterze akcję:

Gdy suma mocy czynnej wszystkich faz będzie mniejsza niż -3500 W, włącz switchBox sterujący ogrzewaniem basenu.

Próg ustawiono nieco poniżej mocy grzałki. Oznacza to, że ogrzewanie zostanie uruchomione dopiero wtedy, gdy zmierzona nadwyżka jest wystarczająco duża, aby zasilić odbiornik bez istotnego poboru energii z sieci.

W zakładce „Gdy” wybieramy:

• typ wyzwalacza: Moc mniejsza niż,
• czujnik: Wszystkie fazy 1+2+3,
• wartość: -3500 W.

W zakładce „Wykonaj” wybieramy:

• rezultat: Kontroluj inne urządzenie,
• urządzenie: switchBox sterujący grzałką,
• polecenie: włącz.

energyMeter może wysyłać polecenia bezpośrednio do innych urządzeń BleBox znajdujących się w tej samej sieci lokalnej. Nie jest do tego potrzebny Home Assistant ani oddzielna centrala automatyki. Router nie może jednak izolować od siebie klientów Wi-Fi, ponieważ urządzenia muszą mieć możliwość komunikowania się w sieci lokalnej.

Potrzebna jest również akcja wyłączająca

Samo uruchomienie grzałki nie tworzy jeszcze kompletnego algorytmu. Po załączeniu odbiornika zmierzona moc natychmiast się zmieni.

Przed włączeniem ogrzewania bilans może wyglądać następująco:

• eksport: –4200 W

Po uruchomieniu grzałki o mocy 3 kW:

• eksport: około –1200 W

Gdy nadejdzie chmura albo w budynku uruchomi się inny duży odbiornik, bilans może przejść przez zero i osiągnąć wartość dodatnią. Wtedy grzałka zacznie korzystać częściowo lub całkowicie z energii pobieranej z sieci.

Dlatego tworzymy drugą akcję:

• Gdy suma mocy czynnej będzie większa niż -300 W, wyłącz ogrzewanie basenu.

Pozostawienie niewielkiego marginesu eksportu, zamiast wyłączania dokładnie przy 0 W, ogranicza ryzyko chwilowego importu wynikającego ze zmian obciążenia i opóźnienia reakcji całego układu.

Przykładowa para progów może więc wyglądać następująco:

Nie są to wartości uniwersalne. Należy je dobrać na podstawie mocy odbiornika, zmienności produkcji, charakterystyki instalacji i dopuszczalnego chwilowego poboru energii.

Moc czy napięcie? Najlepiej wykorzystać oba parametry świadomie

energyMeter pozwala tworzyć akcje na podstawie:

• mocy większej lub mniejszej od ustawionej wartości,
• napięcia większego lub mniejszego od ustalonego progu,
• konkretnej fazy,
• sumy wszystkich faz w przypadku mocy.

Możemy więc realizować dwa odmienne cele.

Sterowanie według nadwyżki

Jeżeli głównym celem jest zwiększenie autokonsumpcji, podstawowym parametrem powinna być moc czynna i kierunek jej przepływu.

Przykład:

• włącz grzałkę, gdy eksport przekracza 3,5 kW.

Takie sterowanie nie czeka, aż napięcie niebezpiecznie zbliży się do granicy. Nadwyżka zostaje wykorzystana wcześniej.

Sterowanie według napięcia konkretnej fazy

Jeżeli głównym problemem jest wyłączanie falownika wskutek wzrostu napięcia na L2, można utworzyć akcję odnoszącą się właśnie do napięcia tej fazy.

Przykład: gdy napięcie L2 przekroczy 251 V, uruchom odbiornik podłączony do L2.

Taki wariant jest szczególnie użyteczny w instalacjach, w których napięcia fazowe są wyraźnie niesymetryczne.

Trzeba jednak pamiętać, że pojedyncza akcja w energyMeterze korzysta z określonego wyzwalacza. Jeżeli potrzebujemy złożonego warunku typu uruchom odbiornik tylko wtedy, gdy występuje odpowiednio duży eksport i jednocześnie napięcie przekroczy ustaloną wartość, należy odpowiednio zaprojektować logikę kilku urządzeń albo zastosować bardziej rozbudowaną warstwę automatyki – np. w oparciu o Home Assistant. Do tego wrócimy w kolejnym artykule.

Na tym etapie pozostajemy przy akcjach realizowanych bezpośrednio w ekosystemie BleBox.

Suma faz czy każda faza osobno?

W polskich instalacjach prosumenckich rozliczanie energii jest zwykle bilansowane pomiędzy fazami przez licznik operatora, ale wzrost napięcia jest zjawiskiem lokalnym dla konkretnego przewodu fazowego. To prowadzi do dwóch różnych sposobów sterowania.

Sterowanie według sumy mocy

Jest odpowiednie, gdy zależy nam przede wszystkim na ograniczeniu całkowitego eksportu.

Przykład:

• L1: pobór 1 kW,
• L2: eksport 3 kW,
• L3: eksport 2 kW.

Łączny bilans wynosi około 4 kW eksportu. Odbiornik trójfazowy albo zestaw odbiorników może wykorzystać tę nadwyżkę, nawet jeżeli poszczególne fazy zachowują się inaczej.

Sterowanie według konkretnej fazy

Jest odpowiednie, gdy chcemy obniżyć napięcie właśnie tam, gdzie zbliża się ono do wartości granicznej.

Jeżeli falownik podnosi napięcie na L2, a grzałka zostanie podłączona do L1, całkowity eksport wprawdzie się zmniejszy, lecz efekt napięciowy na problematycznej fazie może być znacznie słabszy niż po uruchomieniu odbiornika na L2.

Dlatego energyMeter może pełnić również funkcję narzędzia diagnostycznego. Historia napięcia dla każdej fazy pozwala ustalić:

• na której fazie napięcie rośnie najbardziej,
• o jakiej porze pojawia się problem,
• czy wzrost napięcia pokrywa się z eksportem energii,
• jak uruchomienie odbiornika wpływa na napięcie,
• czy falownik ogranicza produkcję symetrycznie, czy problem dotyczy jednej fazy.

Urządzenie zapisuje historię pomiarów i udostępnia wykresy napięcia, zużytej oraz oddanej energii, a dane można eksportować do plików CSV lub XLSX w interwale pięciominutowym, z późniejszą agregacją starszych danych.

Nie tylko grzałka

Po wykryciu rzeczywistej nadwyżki energyMeter może sterować dowolnym kompatybilnym urządzeniem BleBox, które uruchamia użyteczny odbiornik.

Poza ogrzewaniem basenu lub CWU mogą to być przykładowo:

• ładowarka samochodu elektrycznego z wejściem zezwalającym,
• pompa ciepła z wejściem PV, SG Ready albo innym wejściem sterującym,
• klimatyzacja pozwalająca wcześniej schłodzić budynek,
• pompa obiegowa lub technologiczna,
• sprężarka albo urządzenie warsztatowe, którego pracę można przesunąć,
• pompa systemu nawadniania.

Ostatni przykład może na pierwszy rzut oka wzbudzić sprzeciw: przecież podlewanie roślin w pełnym słońcu jest powszechnie uznawane za zły pomysł. Nie każde nawadnianie polega jednak na rozpylaniu wody nad trawnikiem i moczeniu rozgrzanych liści.

Linie kroplujące, indywidualne kroplowniki przy drzewach oraz instalacje nawadniania podziemnego dostarczają wodę bezpośrednio do gleby lub strefy korzeniowej. W prawidłowo zaprojektowanym systemie mogą pracować również w słoneczne godziny. Nadwyżka z fotowoltaiki zasila wówczas pompę, a energia wykonuje użyteczną pracę zamiast zostać ograniczona przez falownik.

Oczywiście warunek energetyczny nie powinien samodzielnie decydować o podlewaniu. Musi zostać podporządkowany rzeczywistej potrzebie nawodnienia, harmonogramowi, wilgotności gleby albo wcześniej ustalonemu czasowi pracy. Nadwyżka energii określa korzystny moment uruchomienia, ale nie powinna tworzyć sztucznego zapotrzebowania na wodę.

Kilka stopni zamiast jednego dużego skoku

Jedna grzałka o mocy 6 kW nie zawsze będzie dobrym odbiornikiem nadwyżki. Jeżeli eksport zmienia się zwykle pomiędzy 1 a 4 kW, tak duże obciążenie będzie regularnie powodowało pobór energii z sieci.

Lepszy efekt może dać podział mocy na stopnie, na przykład:

• pierwszy stopień: 1 kW,
• drugi stopień: 2 kW,
• trzeci stopień: 3 kW.

energyMeter może kolejno uruchamiać switchBoxy sterujące poszczególnymi stopniami:

• przy eksporcie 1,3 kW – stopień 1 kW,
• przy eksporcie 3,5 kW – dodatkowo stopień 2 kW,
• przy jeszcze większej nadwyżce – trzeci stopień.

Po zmniejszeniu produkcji kolejne obciążenia są odłączane w odwrotnej kolejności. Takie sterowanie nadal jest skokowe, ale znacznie lepiej dopasowuje zużycie do zmiennej mocy instalacji niż pojedynczy duży odbiornik.

Każdy stopień powinien mieć własne progi włączenia i wyłączenia. Należy je ustawić tak, aby działania poszczególnych modułów nie powodowały wzajemnego załączania i wyłączania.

energyMeter nie zwiększa produkcji – pozwala jej nie zmarnować

energyMeter nie obniża napięcia samodzielnie i nie wpływa bezpośrednio na pracę falownika. Jest układem pomiarowym i decyzyjnym. Obniżenie eksportu oraz napięcia następuje dopiero wtedy, gdy sterowane urządzenie rzeczywiście pobierze energię.

Jego przewaga nad samym pomiarem napięcia polega na tym, że widzi pełniejszy obraz:

• ile energii pobiera budynek,
• ile oddaje do sieci,
• na której fazie występuje problem,
• jak zmienia się napięcie,
• czy uruchomiony odbiornik nadal korzysta z nadwyżki,
• kiedy należy go ponownie wyłączyć.

W prostym wariancie switchBox reaguje na objaw – wzrost napięcia. W bardziej świadomym układzie energyMeter rozpoznaje przyczynę i wielkość zjawiska, a następnie przekazuje polecenie do odbiornika, który może sensownie wykorzystać dostępną energię.

Rozbudowany system zarządzania energią z Home Assistantem

Wbudowane akcje urządzeń BleBox pozwalają zrealizować wiele praktycznych scenariuszy bez dodatkowej centrali. switchBox może reagować na napięcie, a energyMeter wykrywać rzeczywisty eksport energii i sterować innymi urządzeniami w sieci lokalnej. Przy jednej instalacji, jednym budynku i kilku odbiornikach często jest to rozwiązanie wystarczające.

Sytuacja komplikuje się, gdy system obejmuje kilka budynków, osobne rozdzielnice, instalacje fotowoltaiczne w różnych punktach terenu, pompy, grzałki, baseny, warsztaty, stajnie albo infrastrukturę zewnętrzną. Wtedy pojedynczy próg i jedna akcja mogą już nie wystarczyć.

Urządzenia blebox integrują się z wieloma systemami. Darmowy Home Assistant może pełnić rolę nadrzędnej warstwy zarządzania, która zbiera dane m.in. z liczników energyMeter i steruje urządzeniami wykonawczymi BleBox. Dzięki temu system nie musi patrzeć wyłącznie na jeden punkt pomiarowy. Może analizować bilans całej nieruchomości, poszczególnych budynków, konkretnych faz oraz wybranych obwodów.

Przykładowo jeden energyMeter może mierzyć bilans głównego przyłącza, drugi zużycie warsztatu, trzeci instalację hali produkcyjnej, a kolejny produkcję lub odbiory w budynku gospodarczym. Na tej podstawie Home Assistant może zdecydować, gdzie w danym momencie najlepiej skierować nadwyżkę energii.

Taki system może uwzględniać nie tylko chwilową moc i napięcie, lecz także temperaturę, poziom wody, wilgotność gleby, harmonogram pracy, prognozę pogody, taryfę energii, obecność użytkowników oraz minimalny czas działania poszczególnych urządzeń.

W rozproszonej instalacji istotna jest również możliwość sterowania według lokalnych warunków. Odbiornik w jednym budynku może zostać uruchomiony dlatego, że napięcie rośnie na konkretnej fazie przyłącza, podczas gdy urządzenie w innym obiekcie pozostanie wyłączone. System może też porównywać całkowity eksport z lokalnym zużyciem i wybierać odbiornik, który w danej chwili najlepiej ograniczy przepływ energii do sieci.

Jeśli będziecie zainteresowani (łapki w górę?), w kolejnym materiale omówimy kompletny przykład takiego systemu: kilka liczników energyMeter, różne budynki, odbiorniki o odmiennych priorytetach oraz automatyczne przesuwanie nadwyżki energii tam, gdzie może zostać najlepiej wykorzystana.

Ciekawostka: fontanna jako odbiornik nadwyżek energii

Na Kampusie BleBox we Wrocławiu działa fontanna, której podstawowym zadaniem nie jest wyłącznie dekoracja. W normalnym trybie pracuje z mocą około 1 kW i napowietrza staw o powierzchni przekraczającej 50 000 m², poprawiając warunki tlenowe w wodzie.

W dni wolne od pracy sytuacja energetyczna kampusu wygląda jednak inaczej. Zużycie energii przez budynki, laboratoria i urządzenia produkcyjne jest znacznie mniejsze, podczas gdy instalacja fotowoltaiczna nadal może osiągać wysoką moc. Jeżeli pojawia się duża nadwyżka, smartMeter przesyła bezprzewodowo polecenie do dacBoxa, który steruje falownikiem pompy fontanny i zwiększa jej wydajność.

Przy poborze mocy rzędu kilkunastu kW fontanna potrafi wyrzucać i rozpylać wodę na wysokość ponad 40 metrów. Efekt cieszy oczy mieszkańców okolicy, a drobna mgła wodna może jednocześnie nieznacznie schładzać najbliższe otoczenie.

To jednak nie tylko widowisko. Zwiększenie mocy fontanny pozwala lokalnie zagospodarować chwilową nadwyżkę energii, ograniczyć jej eksport przez zewnętrzne przyłącze kampusu oraz zmniejszyć ryzyko wzrostu napięcia prowadzącego do redukcji mocy lub wyłączania falowników. W tym zastosowaniu smartMeter nie uruchamia więc kolejnego urządzenia „dla samego zużycia”, lecz czasowo zwiększa moc instalacji, która i tak wykonuje użyteczną pracę – napowietrza staw, poprawia mikroklimat i tworzy efekt widoczny z dużej odległości.

Patryk Arłamowski
biegły sądowy w dziedzinie internetu rzeczy, bezpieczeństwa systemów informatycznych, sztucznej inteligencji

Więcej o autorze >>