Automatyzacja ładowania EV "ze słońca" za pomocą Home Assistant

[Michal]

Zakładam oddzielny wątek, bo śmiecę w innych niepotrzebnie. Będę tutaj starał się opisywać moje przemyślenia w tym projekcie i wrzucę to, co uda mi się wykombinować, żeby ktoś mógł przerobić pod siebie (pewnie dorzucę też na stronę społeczności HA).

Ostatnio pięknie świeci słońce, a ja mam prawie maksymalne uzyski z instalacji, więc męczy mnie oddawanie energii do sieci i pobieranie jej nocą podczas ładowania auta. Niby tracę na takim interesie tylko 20% ale jednak zawsze to coś i już nie chodzi nawet o pieniądze, tylko o utarcie nosa niedowiarkom, że EV w Polsce może być ekologiczny. Jest też aspekt tego, że wybrałem tanie Chińskie inwertery bez opcji ładowania (jak Fronius o którym nie wiedziałem, że ma taką opcję), żeby właśnie to sobie kiedyś dopisać

Jakie mam komponenty:

• Raspberry pi 4 na którym stoi Home Assistant ("HA") - to mózg mojego projektu Smart Home.
  • Mam tutaj podpiętą integrację z Teslą i w ten sposób ciągnę dane z auta albo mogę nim sterować.
• EVSE Tesli - 1058220-00-E UNIVERSAL MOBILE CONNECTOR (UMC) - potocznie zwane ładowarką / cegłą - bez żadnej logiki.
• Miernik zużycia energii Shelly EM3 - daje mi dużo parametrów związanych z siecią energetyczną jak napięcia, moce i zużywana energia - zintegrowany z HA.

Gruby plan jest taki:

1. Nic nie koduję sam - używam tylko możliwości HA (nie chce mi się pisać w Pytonie )
2. Sprawdzam warunki początkowe:
   1. auto jest w domu (mi nie przestawiło mocy ładowania na SuC, bo świeci słońce)
   2. kabel podpięty
   3. naładowanie poniżej 90%
3. Sprawdzam sumaryczne zużycie energii na wszystkich fazach
   

   (napięcie[1]+napięcie[2]+napięcie[3])V * 5A

   (suma napięć na każdej z faz * minimalny prąd jaki zakładam 3A) - jeśli oddaje do sieci co najmniej tę moc (~2000W), to rozpoczynam ładowanie.
4. Sprawdzam czy oddałem do sieci w danej godzinie już co najmniej 1kWh żeby mieć jakiś zapas w razie "zaćmienia".
5. Jeśli powyższe warunki są spełnione to uruchamiam ładowanie
   1. aktualizuję, co minutę prąd ładowania (pewnie w zakresie 3-10A) w taki sposób żeby zużycie z ostatniej godziny kręciło się w okolicy zera
   2. staram się utrzymać ładowanie co najmniej przez 30 minut (wstępne założenie), żeby nie bawić się w włączanie i wyłączanie zbyt często.
6. Jeśli sumaryczne zużycie energii (pobierane z sieci) przekracza 10kW, to wyłączam natychmiast z pominięciem czasu żeby nie ryzykować, że wywali mi zabezpieczenia przedlicznikowe jak ktoś włączy czajnik + kuchenkę + coś jeszcze.
7. To co jeszcze przychodzi mi do głowy, to regulowanie maksymalnego stopnia naładowania w zależności od nasłonecznienia. Tzn. Minimalny stopień naładowania o poranku ustawie chyba na 60%, a w dzień jeśli będzie świeciło słońce, to będę dobijał do 87%. Może 50/77%... To zrealizuje chyba w taki sposób, że kończąc ładowanie że słońca będę ustawiał to mniejsze.
   1. Niestety tutaj widzę wiele potencjalnych pułapek typu: Będę jednak potrzebował naładowania 90% i ładując się że słońca tyle będę miał ustawione, ale po chwili przyjdą chmury, ładowanie przestawi się na 60% i będzie lipa. Muszę pomyśleć czy da się to jakoś obejść / wymusić / wykryć że ustawienie wyższego stopnia naładowania było ręczne i celowe.
      1. Wstępne rozwiązanie "na gumę do żucia" jakie widzę - automatyka ustawia zmienia coś tylko jeśli ma ustawione 87%, bo sama tyle ustawia, a ja raczej zawsze pełne wartości z dokładnością do 5%.
   2. Muszę sprawdzić na wykresach ile % zużywam dziennie. - w danych od grudnia (od tamtej pory mam podpiętą integrację Tesli z HA) widzę tylko dwa przypadki kiedy zszedłem ze stopniem naładowania w okolicy domu poniżej 10% i to chyba już sie nie powtórzy, więc mogę raczej zejść do 50-77%, a patrząc na dane, ten zakres powinien mi pokryć jakieś 90% przejazdów.

Teoretycznie w przyszłości mogę też uwzględnić prognozę pogody i ładować tylko "słońcem" przez kilka dni na raty. Dużo możliwości ale też dużo myślenia jak to zrobić oraz ustawiania.
Wymyślam na bieżąco i zobaczymy co wyjdzie - na razie uczę się szablonów w HA i dodaję helpery (encje wyliczające wartości, które mogą mi być później potrzebne).

Na tę chwilę mam taki trochę nieuporządkowany widok danych o samochodzie:

 

[Michal]

Chociaż jednak nie jest tak dobrze - poniżej historyczne predykcje vs faktyczna produkcja (zaznaczyłem duże różnice):


Jest to też jakiś pomysł, ale tak jak pisałem wcześniej - planuję opierać się na faktycznym zużyciu, bo mam dużo mocnych odbiorników energii.

 

[vwir]

Jeśli sumaryczne zużycie energii przekracza 10kW, to wyłączam natychmiast z pominięciem czasu żeby nie ryzykować, że wywali mi zabezpieczenia przedlicznikowe jak ktoś włączy czajnik + kuchenkę + coś jeszcze.

Tego nie zrozumiałem. Oczywiście bierzesz pod uwagę, że to co ładujesz bezpośrednio ze słońca nie przechodzi przez zabezpieczenie przedlicznikowe? Czyli jeśli ładujesz auto 11kW, pompa ciepła (czy co tam masz) pobiera kolejne 3kW, a fotowoltaika produkuje 10kW, to przez zabezpieczenie przedlicznikowe płynie 4kW (pomijając bilansowanie międzyfazowe).

Ale może do sedna. Ja bym w ogóle nie przechodził na kW, tylko pozostał na poziomie A (amperów). Tak naprawdę zarówno normy ładowania samochodu jak i obciążenia przewodów i zabezpieczeń przedlicznikowych jest na natężenie prądu. Nikogo tak naprawdę nie interesuje napięcie (dopóki mieści się w normach). Tak też mam zrobione u siebie. Tyle tylko, że nie mierzę za pomocą Shelly EM3 ale za pomocą swojego kawałka elektroniki.
U siebie zrobiłem tak, że kompletnie olewam zużycie domu. Mam tak dużą instalację i pobór samego domu stanowi tak małą jej część, że szkoda zachodu. Po prostu ładuję auto takim prądem, żeby nie przekroczyć bieżącej produkcji (zaokrąglenie w dół do pełnych amperów, co daje spory margines dla domu). Minimum to 6A, bo tak przewidują normy. Nigdy nie rozłączam ładowania, nawet gdy produkcja jest niewystarczająca na te 6A. Mam też zwykły przełącznik w HA czy chcę ładować ze słońca, czy po prostu pełną mocą. W okresie pomiędzy zachodem z wschodem słońca zawsze jadę pełną parą, bo wtedy i tak nie ma żadnej produkcji. Zawsze ładuję maksymalnie do 80% baterii.
W sumie bardzo proste rozwiązanie, a daje radę. Po prostu działa. Kiedyś też miałem wielkie plany na super skomplikowaną logikę, ale to co zrobiłem na początek działa na tyle dobrze, że już nie rozbudowuję.

 

[nnnnn]

Tego nie zrozumiałem. Oczywiście bierzesz pod uwagę, że to co ładujesz bezpośrednio ze słońca nie przechodzi przez zabezpieczenie przedlicznikowe? Czyli jeśli ładujesz auto 11kW, pompa ciepła (czy co tam masz) pobiera kolejne 3kW, a fotowoltaika produkuje 10kW, to przez zabezpieczenie przedlicznikowe płynie 4kW (pomijając bilansowanie międzyfazowe).

Tego typu zabezpieczenie ma na celu uniknięcie sytuacji gdy łąduje np z pv 10 kw i dom pobiera 5kw a nagle znika słońce i produkcja spada praktycznie do zera. Czy wtedy nie rośnie obciążenie na sieć i czy wtedy główny bezpiecznik nie wybije jeśli natężenie wzrośnie powyżej limitu?

 

[vwir]

Zależy od jego charakterystyki. Możesz mieć zabezpieczenia typu A, B, C, D. Typu A się praktycznie nie stosuje do takich zastosowań. Przedlicznikowo masz B albo C. Tutaj masz charakterystykę:

https://elektrykapradnietyka.com/wp-content/uploads/2017/07/Charakterystyka-czasowo-pr%C4%85dowa-najbardziej-popularnych-grup-wy%C5%82%C4%85cznik%C3%B3w-nadpr%C4%85dowych-768x353.jpg

Innymi słowy jeśli masz zabezpieczenie typu B lub C to prąd rzędu dwukrotność nominalnego (50A dla zabezpieczenia 25A) może płynąć przez prawie minutę, zanim zostanie wyzwolone zabezpieczenie.

 

[Michal]

Tego nie zrozumiałem. Oczywiście bierzesz pod uwagę, że to co ładujesz bezpośrednio ze słońca nie przechodzi przez zabezpieczenie przedlicznikowe? Czyli jeśli ładujesz auto 11kW, pompa ciepła (czy co tam masz) pobiera kolejne 3kW, a fotowoltaika produkuje 10kW, to przez zabezpieczenie przedlicznikowe płynie 4kW (pomijając bilansowanie międzyfazowe).

Pisząc o poborze 10kW miałem na myśli pobór z sieci (dopisałem powyżej "(pobierane z sieci)").
Ja zupełnie nie patrzę na produkcję falowników i zużycia osobno. Licznik mam zapięty na całym przyłączu.

Ale może do sedna. Ja bym w ogóle nie przechodził na kW, tylko pozostał na poziomie A (amperów). Tak naprawdę zarówno normy ładowania samochodu jak i obciążenia przewodów i zabezpieczeń przedlicznikowych jest na natężenie prądu. Nikogo tak naprawdę nie interesuje napięcie (dopóki mieści się w normach). Tak też mam zrobione u siebie. Tyle tylko, że nie mierzę za pomocą Shelly EM3 ale za pomocą swojego kawałka elektroniki.

Oczywiście masz rację ale finalnie ja dla siebie chcę widzieć dane o zużyciu energii, więc i tak będę je dorabiał, to mogę z nich skorzystać
Mogę niby zrobić zabezpieczenie tylko na amperach ale chyba mi się nie chce, bo jak myślę, o zużyciu poszczególnych odbiorników, to myślę o ich mocy, a nie poborze prądu - musiałbym to sobie w głowie przeliczać. Zrobię sobie zabezpieczenie na 10kW i najgorsze co się może stać, to auto przestanie się ładować - więc nie będzie tragedii Raczej wahania napięcia nie zrobią mi tutaj dużej różnicy - z tego co widzę latają w granicach 230-250V (niecałe 10%).

U siebie zrobiłem tak, że kompletnie olewam zużycie domu. Mam tak dużą instalację i pobór samego domu stanowi tak małą jej część, że szkoda zachodu. Po prostu ładuję auto takim prądem, żeby nie przekroczyć bieżącej produkcji (zaokrąglenie w dół do pełnych amperów, co daje spory margines dla domu). Minimum to 6A, bo tak przewidują normy. Nigdy nie rozłączam ładowania, nawet gdy produkcja jest niewystarczająca na te 6A. Mam też zwykły przełącznik w HA czy chcę ładować ze słońca, czy po prostu pełną mocą. W okresie pomiędzy zachodem z wschodem słońca zawsze jadę pełną parą, bo wtedy i tak nie ma żadnej produkcji. Zawsze ładuję maksymalnie do 80% baterii.
W sumie bardzo proste rozwiązanie, a daje radę. Po prostu działa. Kiedyś też miałem wielkie plany na super skomplikowaną logikę, ale to co zrobiłem na początek działa na tyle dobrze, że już nie rozbudowuję.

U mnie może to być jednak trochę bardziej skomplikowane, bo mam cały dom na prąd. Pierdół w stylu oświetlenie albo komputer też nie liczę. Ogrzewanie elektryczne, CUW z bojlera, kuchenka indukcja, piekarnik elektryczny... Ostatnio doszła mi jeszcze sauna też z piecem elektrycznym 8kW 0_o. Niestety fazy też nie są dobrze obciążane, bo trochę za dużo odbiorników jest na A.
Może więc być taka sytuacja, że będzie u mnie chodził zestaw:
Czajnik (2kW) + bojler (2kW) + klima (1,5kW) + ładowanie auta (do 11kW) + sauna (8kW).
Sauna i auto są na trzech fazach więc na fazie A wyjdzie w sumie 2+2+1,5+3,66+2,66 = 12 kW, co oznacza prąd ~50A
Sauna chodzi teraz nocą, ale niedługo o 19 jeszcze będzie świeciło słońce i jak najdzie jakaś chmurka, to mi wyskoczy pobór w kosmos.
Oczywiście pewnie zanim strzeli przedlicznikowe, to padnie mi jakieś zabezpieczenie w domu, ale po co, skoro mogę próbować to ograniczyć?

 

[vwir]

Tak jak pisałem wyżej - jeśli masz zabezpieczenie 25A (co byłoby słabym rozwiązaniem jeśli masz wszystko na prąd) to może przez nie iść 50A przez prawie minutę. Czas w zupełności wystarczający żeby obniżyć moć ładowania gdy przyjdzie chmura.

 

[Michal]

Tak jak pisałem wyżej - jeśli masz zabezpieczenie 25A (co byłoby słabym rozwiązaniem jeśli masz wszystko na prąd) to może przez nie iść 50A przez prawie minutę. Czas w zupełności wystarczający żeby obniżyć moć ładowania gdy przyjdzie chmura.

Mam zabezpieczenie 25A C (więc wytrzymuje jeszcze większe przeciążenia) i przez 2 lata mi nie wywaliło, a wcześniej miałem zamiast klimatyzacji do grzania zwykłe grzałki w buforze, chyba z 5-6kW
Daj mi spokój z tym prądem. Wiem i nie chce mi się

 

[vwir]

Z tym C vs B to akurat przy przeciążeniach rzędu x2 do x5 nie ma żadnej różnicy. Zerknij na wykresy które podesłałem wyżej. Dopiero przy przeciążeniach powyżej x5 jest różnica. Zabezpieczenie B wtedy od razu zostanie wyzwolone, a C pozwoli na pewną zwłokę.

 

[Michal]

Bo wykresy, które przesłałeś są bardzo mało precyzyjne... Gdzie tam się zmienia jednostka z sekund na minuty? Nie wiadomo...
Ja znalazłem takie:

, z których wynika, że przy 2x obciążeniu dla B mamy zakres 15-100 sekund, a dla C zakres 15-200 sekund. Z tego co rozumiem to są wykresy pokazujące zakres pomiędzy, którym zabezpieczenie powinno się trzymać zgodnie z normą. Jeśli narysujemy linię środkową pomiędzy nimi, to dostaniemy mniej więcej dla 2x obciążenia 50s dla B i jakieś 75s dla C. Dla większych przeciążeń wydaje się być mniej tolerancyjna (zwłaszcza ta dolna granica).
Tutaj nałożone na siebie w paint :


Niestety oczywiście normy nie da się pobrać, żeby sprawdzić w źródle, bo banda złodziei chce za to albo 50 albo nawet 400 eur Nie chce mi się dalej szukać, bo to nic nie zmienia.
[źródło]

Dla mnie EOD, bo zaśmiecamy wątek o HA - niewiele to wnosi.

 

[vwir]

No tak, o tym właśnie piszę, że to w sumie wielkiego znaczenia nie ma. Tak czy inaczej przeciążyć można i to jest normalne.

Ale skoro się już czepiam - piszesz o minimalnym prądzie ładowania na poziomie 3A. Z tego co mi wiadomo norma przewiduje minimum 6A. Masz w ogóle możliwość ustawienia 3A?

No i warto wziąć pod uwagę taki drobiazg, że im mniejszy prąd ładowania tym większe straty na ładowaniu. Wypadałoby to sprawdzić, ale może się okazać, że przy 6A straty będą tak wysokie, że bardziej opłacałoby się ładować 16A i olać automatykę. Podejrzewam, że to by było bardziej widoczne przy ładowaniu jednofazowym (na trzech fazach już powinno być znośnie), tak tylko podrzucam do rozważenia.