In der Autoindustrie haben wir schon vor Jahren gesehen, wie eine Roboterstraße über 30 Varianten eines Auto-Modells fast vollautomatisch zusammen baut. Diese Software für diese Steuerung ist von Menschen gemacht. Das bedeutet aber, es würde gehen. Die Steuerung der PV-Anlage mit allen Komponenten kann also kein Geheimnis mehr sein. Und die Programmlogik ist deutlich einfacher als die einer Roboterstraße. Darum die peinliche Frage, warum hinkt das alles so weit hinterher ?
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- 3 x 63 Ampere Hausstrom
Nehmen wir mal an, es geht um ein räumlich etwas größeres Eigenheim mit einem ganz normalen 380 Volt Drehstromanschluß und einem modernen intelligenten (Haus-) Zähler.
Und in diesem Objekt soll ein zentraler Microprozessor die PV-Anlage samt Energie-Speicher steuern. Bei der PV-Anlage baut das Konzept auf eine dezentrale Micro-Wechselrichter- Technik auf mit bis zu 4 oder 6 einzelnen Micro-Wechselrichtern mit jeweils 2 oder 4 PV-Panelen je 500 Watt.
Als Energie-Speicher kommt ein zentraler Akku beliebiger Technik zum Einsatz. Weiterhin werden über spezialisierte Anbieter verschiedene Leistungs- Abnahme- Tarife über das Internet gesteuert. Es gibt teilweise sogar bereits Geld dafür, wenn bei einem Überangebot von Wind- oder Sonnen-Energie eine solche Überschuß-Leistung ganz gezielt für einige Stunden aus dem Versorger-Netz abgerufen wird.
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- Unten rechts sehen Sie die 12 Register / Speicherplätze der aufsummierten oder Echtzeit- Werte
- man kann da nicht einfach einschalten
Das Gesamtkonzept der Steuerung soll nicht nur den Leistungs-"Zukauf" vom lokalen Energie-Versorger minimieren, sondern auch bei Netzausfall die Grundlast des Objektes abdecken. Dazu gehört die lückenlose Überwachung des Leistungstransfers über den Hauptstromzähler (in beide Richtungen) sowie die Ein- und Abschaltung weniger wichtiger Geräte ("Verbraucher") über Funk-Schalt- Steckdosen.
Bei Netzausfall muß auch die Verbindung des eigenen Hausnetzes von der Versorger-Zuleitung mit einem Hochlast-Relais getrennt werden, da unser "kleiner" Akku nicht die ganze Straße versorgen kann.
Das Abschalten "der Straße" ist unproblematisch, jedoch das "Wieder-Anschalten" des Hausnetzes (das ja bis soeben "freilaufend" aus dem Akku gespeist wurde) an den Versorger bedarf einiger Tricks bezüglich der Synchronisation mit dem jetzt wieder stabil laufenden Versorgernetz.
Ebenso gehört bei Netzausfall die vorrangige Versorgung von Gefrierschrank und Kühlschrank sowie der Kommunikationstechnik und Gebäudeabsicherung (Alarmanlage) zu den Pflichten.
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Das könnte ein Raspberry Pi 3b oder höher (oder ein ähnliches Modell) sein, der jedoch zusätzlich mit einer Notsromversorgung mehrere Tage völlig autark funktionieren müsste, falls das 380V Netz des Versorgers ausfällt und dann der Akku auch noch an der unteren Grenze ist. Dieser "Raspi" hat sowohl einen LAN-Ethernet Anschluß, einen W-LAN-Chip samt Antenne sowie auch 4 USB Anschlüsse, über die er mit den anderen PV-Komponenten kommuniziert. Der Leistungsbedarf ist normalerweise marginal, sodaß der Notstromaufwand für dieses Teil erschwinglich ist.
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Aus Effizienzgründen (Durch-Leitungsverluste vom Dach bis zur PV-Technik) werden die einzelnen möglichst in der Nähe der Panels sitzenden Micro-Wechselrichter mit ihren (230 V) Ausgängen zu einem (230 V) -Inhaus- Sammel-Knoten zusammengeführt, der den gemeinsamen Laderegler für den Akku speist. Liefern die Wechselrichter mehr Leistung als zum Laden des Akkus benötigt wird bzw. liefern sie darüber hinaus überschüssige Leistung, wird der Laderegler überbrückt und das "Mehr an Leistung" gleich an den Ent-Laderegler mit integriertem Loadbalancer weiter geleitet.
Der Ent-Laderegler verteilt die verfügbare (eingesammelte Sonnen-) Leistung aus dem Inhaus-Sammel-Knoten (Nachts und bei Schatten aus dem Akku) wieder ganz gezielt auf die drei Phasen des Hausnetzes und zwar je nach abgefragter Grundlast (man nennt das Nulleinspeisung). - (bei mir unter dem Begriff "Nullsummenregelung"). Die Akku-Leistung wird ausschließlich zur Nulleinspeisung verwendet.
Ist weiterhin überschüssige Sonnen-Leistung verfügbar, wird der Überschuß zusätzlich zu der gezielten berechneten "Nulleinspeisung" (für alle drei Phasen) über ein intelligentes 3-Phasen Load-Balancing ebenfalls in das Hausnetz und damit zum Versorger eingespeist.
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- Ein per W-LAN abschaltbarer Schuko- Funk-Meß-Adapter
Kritisch wird es, wenn keine Sonne scheint, der Akku nur noch gering gefüllt (= fast leer) ist und dann auch noch das Drehstrom-Versorgernetz ausfällt. Das kommt zwar sehr selten vor, sollte aber bei der Bestimmung der Prioritäten (welche "Verbraucher" dann noch versorgt weden müssen oder sollen) eingeplant werden.
In einem solchen Notfall müssten vom - über eine Batterei gepufferten - Zentralprozessor alle Hochlast-Abnehmer über die Funk-Schalt-Steckdosen abgetrennt / abgeschaltet werden. Denn die Leistung für diese Lasten kann der Akku mit Sicherheit nicht bereitstellen.
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Die Start- oder Grundroutine (es ist eine Schleife) des Programms im zentralen Microprozessor muß zuallererst die gelisteten PV-Komponenten und die vom Betreiber für jede Komponente festgelegten Bedingungen abfragen.
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- Sind alle 3 Drehstrom-Phasen des Versorgers online ?
- Sind alle Micro-Wechselrichter online ?
- Liefern die einzelnen Wechselrichter Sonnenenergie zum zentralen Laderegler ?
- Wie hoch ist der Ladestand (Füllstand) des (der) Akkus ?
- Wird zur Zeit Leistung vom Versorger abgerufen / eingekauft - auf welcher Phase - ?
- Welcher Stromtarif (von zur Zeit 3 möglichen Tarifen) ist aktuell gültig ?
- Sind alle angemeldeten Funk-Schaltsteckdosen online ?
- und in welchem Zustand (Ein oder Aus) stehen die Funk-Schaltsteckdosen ?
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Eine Beschreibung der Programm-Logik folgt noch ....... Hier vorab ein Teil der gesammelten
Stichpunkte unsortiert auf Vorrat :
Nach der Initialisierung des zentralen Microprozessors (beim Einschalten) beginnt die Abfrage der eigentlichen Steuerlogik:
(1) Liefern die Wechselrichter Sonnen-Energe ? Wenn JA - dann
(2) Wird die Grundlast abgedeckt ?
(3) Ist der Akku auf den definierten Füllstand aufgeladen ?
(4) Können Hochstrom-"Verbraucher" zugeschaltet werden ?
(Zum Beispiel die Spülmaschine, Waschmaschine oder der Trockner in Wartestellung - oder die Aufheizung der Warmwasserversorgung)
(5) .........
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(1) Liefern die Wechselrichter keine Sonnen-Energe ? wenn NEIN dann
(2) Ist der Aku voll geladen - wenn NEIN
(3) Haben wir eine Niedrig-Tarif Phase - zwecks Aufladen des Akkus ?
(4) Akku wird auf Vorrat geladen
(5) Haben wir eine Normal-Tarif-Phase oder gar eine Hoch-Tarif-Phase - wird nur Grundlast-Leistung aus dem Akku entnommen bis etwa 20% Ladestand als Reserve
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Durch das Auslesen der Register der drei Phasen des elektronischen Hauszählers bekommt der zentrale Prozessor (in unserem Beispiel) drei unterschiedliche (Dauer-) Grundlasten auf den drei Phasen gemeldet bzw. angezegt. Periodische Lasten wie z.B. Waschmaschine, Trockner, Kühlschrank, Gefrierschrank, Kaffee- und Tee-Maschine und das Bügeleisen sind noch nicht dabei.
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Phase L1 = 35 Watt
Phase L2 = 85 Watt
Phase L3 = 5 Watt
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Unsere von den Wechselrichtern angelieferte Leistung für unser Beispiel wäre zusammen 3.525 Watt.
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Davon abgezogen -125 Watt für die Summe der Grundlasten und -400 Watt für das Aufladen des Akkus verbleiben 3.000 Watt zum Einspeisen in das Netz des Versorgers (wenn momentan keine weiteren Geräte eingeschaltet werden).
Der intelligente Loadbalancer müsste jetzt die 3 x 1000 Watt zuzüglich der jeweiligen Grundlast pro Phase einspeisen, das wären dann in unserem Beispiel
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Phase L1 = 1035 Watt
Phase L2 = 1085 Watt
Phase L3 = 1005 Watt
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In diesem Beispiel ist die Dauer-Ladeleistung des Akkus mit 400 Watt/h bewußt niedrig angesetzt. Auch die Grundlast - verteilt auf alle drei Phasen - ist bewußt niedrig angesetzt, so erklärt sich der rechnerische Zusammenhang besser.
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