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]

Takie czepianie jest jak najbardziej w temacie, więc super że pytasz!

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?

Za pomocą API mogę ustawiać dowolną wartość z zakresu 0-16A. Wygląda na to, że to jakoś tam działa, bo spokojnie mogę ustawić moc ładowania 2kW. Widzę, że nawet aplikacja Tesli pokazuje w później 3A, mimo, że tam można ustawić minimum 5A

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.

W przypadku Tesli moim zdaniem straty na ładowaniu mają mniejsze znaczenie niż wybudzenie auta podczas tych zmian prądu... Auto jak jest wybudzone, pobiera jakieś 200W, więc przy 2kW mam 10% strat. Oczywiście przy 5kW będzie to już tylko 4%, więc zaczyna być nieźle, ale i tak minimalizacja tego parametru wydaje się ważniejsza niż samych strat ładowania. Tutaj też można sobie wyobrazić jakieś tam ruchy, żeby to optymalizować, w stylu - dać autu zasnąć, czyli zmniejszyć częstotliwość zmian mocy ładowania do 1/godzinę ale to już może później jak będzie działało. Później to już są optymalizacje... Najważniejsze żeby nie oddawać 20% PGE
Przewiduję maksymalną moc ładowania około 6-7kW, ale pewnie średnią bliżej 4-5kW.

 

[vwir]

Za pomocą API mogę ustawiać dowolną wartość z zakresu 0-16A. Wygląda na to, że to jakoś tam działa, bo spokojnie mogę ustawić moc ładowania 2kW. Widzę, że nawet aplikacja Tesli pokazuje w później 3A, mimo, że tam można ustawić minimum 5A

A nie przełącza się wtedy przypadkiem na ładowanie jednofazowe? Skoro masz licznik mierzący każdą fazę z osobna to łatwo możesz sprawdzić.

Najważniejsze żeby nie oddawać 20% PGE

No właśnie o to chodzi - z moich obserwacji ładowanie 11kW ma małe straty, poniżej 10% (ale to na pewno zależy od auta). Natomiast im wolniejsze ładowanie tym straty są większe, maksymalne jakie zaobserwowałem były na poziomie prawie 30% (minimalny prąd, jedna faza). Na samej tej różnicy jestem ponad 20% do przodu, więc oddawanie 20% do PGE w tym kontekście nie jest już takie najgorsze

 

[Michal]

A nie przełącza się wtedy przypadkiem na ładowanie jednofazowe? Skoro masz licznik mierzący każdą fazę z osobna to łatwo możesz sprawdzić.

Zmieniam prąd ładowania, więc wątpię, żeby mi się przełączało na jedną faze i do tego niższy prąd
Sprawdzam dane i widzę, że raczej wszystkie trzy fazy są równo obciążane nawet jak zmieniam z 5A na 2A.

No właśnie o to chodzi - z moich obserwacji ładowanie 11kW ma małe straty, poniżej 10% (ale to na pewno zależy od auta). Natomiast im wolniejsze ładowanie tym straty są większe, maksymalne jakie zaobserwowałem były na poziomie prawie 30% (minimalny prąd, jedna faza). Na samej tej różnicy jestem ponad 20% do przodu, więc oddawanie 20% do PGE w tym kontekście nie jest już takie najgorsze

Nie robiłem jeszcze zupełnie podejścia do sprawdzenia ile dodanej energii raportuje auto, a ile pobrał EVSE. Nie mam też za bardzo jak tego sprawdzić, bo informację o mocy ładowania wyliczam sam z ustawionego prądu razy suma napięć na fazach, a nie z oddzielnego licznika. Zakładam, że prąd jest poprawny, a może nie jest
Nie będę dokupował za 700 zł kolejnego licznika, żeby to sprawdzać, bo nigdy mi się to nie zwróci. Mogę sprawdzić nocą mniej więcej ile mi raportuje auto. vs ile było poboru. Ale to raczej dopiero jak zniknie mi pobór na ogrzewanie, bo on mi dużo psuje.

Wziąłem się za to i sprawdziłem
Na przykładzie: 19.03.2023 (w godzinach 01:00-06:12) ładowałem auto w zakresie 37-72% (35%), co powinno się przełożyć na ~24,5kWh doładowane do baterii.
Integracja Tesli HA raportuje:

• doładowałem 24,86 kWh
• ładowanie mocą 5kW (tutaj niestety dokładność jest do pełnych kW)
• prąd ustawiony na 7A

W tym czasie na Shelly EM3 widzę:

• napięcie na wszystkich fazach około 240V (+/- 2V)
• prąd na 2 fazach (na których nie ma ogrzewania), równiutko w granicach 7,3 - 7,4A

Wyliczona moc ładowania z ustawionego prądu 7A * 3 * 240 = 5040 W.
W tym okresie, czyli w czasie tych 312 minut ładowania z takiego rachunku wychodzi 26,208 kWh, co porównując do tego co wychodzi z auta daje 5,42% różnicy, przy stosunkowo niskiej mocy ładowania.

 

[vwir]

Podejrzewam, że sprawę ratują trzy fazy. U mnie wysokie straty były gdy ładowałem na jednej fazie i niskim prądem. Ty takiej sytuacji nie będziesz miał.

 

[Michal]

Sprawdziłem to naprawdę bardzo dokładnie i wychodzi przy ładowaniu mocą 5kW na trzech fazach ~5,5% strat. Jeszcze przychodzi mi do głowy, że raczej w garażu mam niższe napięcia niż na wejściu do domu, więc te straty powinny być nawet mniejsze. Te 5,5% to raczej taki max. Chociaż te napięcia widzi też licznik PGE... Raczej około tych 5%.
Te 0,3-0,4A raczej idzie na resztę domu, bo mam jakieś oświetlenia ogrodu nocą i inne bzdety.

 

[zibizz1]

U mnie średnia strata wychodzi 7-9%, różnica pomiedzy statystykami Tesli i ładowarka na ścianie. Jak auto śpi to zużywa 10W ( 5W w trybie low-power) a jak jest obudzone nawet 200W. Ja bym nie nazwyał tego stratą na ładowaniu i mówił że im wolniejsze ładowanie tym strata większa. Oczywiste jest że jest wprost przeciwnie. W ładowaniu AC straty są głównie na ładowarce pokładowej(inne też ale pomijalne), na DC straty są głównie na przewodach i baterii. Energii zużywanej przez auto nie nazywałbym "stratami ładowania" tylko "zużyciem podczas ładowania" A więc zamiast "Podczas wolnego ładowania straty sa duże" to "Podczas wolnego ładowania zużycie energii przez auto jest relatywnie duże" i jak teraz sobie przejrzałem historie na TeslaFi to jest to bardzo różnie bo dokładność mała i pewnie zależy od tego co auto musi zrobić (podgrzać, schłodzic, doładować 12V), ale jak podsumowałem jedną południową sesje 8 ładowań w godzinach 13-16 (poszczególne ładowania od 5-60minut) to wyszło 94% skuteczności

 

[ELuk]

U mnie TeslaWC podaje ok 8V niższe napięcie niż falownik SolarEdge. Straty ładowania mam niskie ok 4% nawet na prądzie 5A. Oczywiście 3fazy.

 

[KrzyCh]

Nie robiłem jeszcze zupełnie podejścia do sprawdzenia ile dodanej energii raportuje auto, a ile pobrał EVSE. Nie mam też za bardzo jak tego sprawdzić, bo informację o mocy ładowania wyliczam sam z ustawionego prądu razy suma napięć na fazach, a nie z oddzielnego licznika. Zakładam, że prąd jest poprawny, a może nie jest
Nie będę dokupował za 700 zł kolejnego licznika, żeby to sprawdzać, bo nigdy mi się to nie zwróci. Mogę sprawdzić nocą mniej więcej ile mi raportuje auto. vs ile było poboru. Ale to raczej dopiero jak zniknie mi pobór na ogrzewanie, bo on mi dużo psuje.

Cześć,
A ten licznik Shelly to masz podłączony na głównych przewodach zasilających dom? Bo on jest dwukierunkowy i wtedy powinien pokazywać Ci konsumpcję (netto) i produkcję (netto) ze znakiem ujemnym.

Teslę dopiero zamówiłem, ale HA z integracją z licznikiem Taurona używam od dwóch lat. Dla testów zrobiłem automatyzację włączającą grzejnik elektryczny zależnie od tego czy jest produkcja/konsumpcja. I wszystko wydawało mi się super, bo dogrzewałem salon i robiłem autokonsumpcję. Niedawno podłączyłem Shelly 3EM Pro, który też mierzy dwukierunkowo na 3 fazach. I teraz dopiero widzę, że mam kompletnie te 3 fazy niezbilansowane, a licznik Taurona podaje już fazy zsumowane. Grzejnik, czajniki dociążają fazę A do 4kW, a tymczasem na C mam produkcję 2kW. Całe szczęście oni i tak to chyba do rozliczenia sumują.

Niemniej jednak mam taką rozkminę, że jak będę montował wallbox 3F, to chciałem sterować prądem ładowania zależnie od produkcji słonecznej. Przyglądam się produkcji z FV (8kWp) i wprawdzie szczytowe prądy na każdej fazie to 10A, ale w rzeczywistości to rzadkie przypadki, gdy jest bezchmurne niebo (2-gi załącznik pokazuje taki dzień 5 kwietnia). Caly zeszły tydzień pokazuje, że w praktyce w miarę stałe, na każdej fazie dostępne są 3-4 A w mieszane dni. To mniej niż minimalne 6A zgodne z normą. Całe szczęście, jak piszecie, da się przez API ustawić Tesli mniej. A to wszystko jest czysta produkcja, a gdzie zużycie domu. Kolejny zrzut pokazuje (bez uśrednień) ten sam 5 kwietnia i widać, że dom wciąga co chwilę dużą część produkcji (czajnik, piekarnik, zmywarka itp, itd). 2,5 kW nadprodukcji na fazę czyli te 10A na fazę to nawet w słoneczny dzień bardzo często się zmienia. Nie wiem też jak szybko API reaguje na zmianę prądu ładowania.

Mój wniosek jest podobny do @vwir - nie ma chyba sensu dynamicznie zmieniać prądu ładowania w zależności od chwilowej nadprodukcji energii z FV. Prędzej uzależniałbym prąd ładowania od jakiejś średniej, albo od prognozy godzinowej (np. z integracji Forecast.Solar).
Na ten moment z grubsza wyobrażam sobie to tak, że podpinam samochód zawsze pod wallbox i:
1. Jeśli [dalszy wyjazd], ładuj niezależnie od słońca do [90%]
2. Jeśli nie:
2a. Jeśli [słonecznie], ładuj zależnie od [poziomu nasłonecznienia i średniej nadprodukcji] tak by większość ładowania wykonać do [konca dnia], a resztę w nocy przy minimalnym prądzie. Oczywiście najciekawsze jest wyliczenie tej zależności o nasłonecznienia i nadprodukcji.
2b. Jeśli nie, to ładuj równomiernie do [70%]

Ale to tylko moje teoretyczne rozważania - będzie Tesla, napiszę jak to działa. A rzeczową krytykę tego rozumowania chętnie przeczytam już dziś ;-).

 

[Michal]

Tak Shelly EM3 mam podpięte na cały do,m, bo finalnie interesuje mnie rozliczenie z PGE i zużywanie produkcji przez cały dom, a nie zużywanie produkcji PV przez auto.

M.in. dlatego napisałem ten punkt:

Sprawdzam czy oddałem do sieci w danej godzinie już co najmniej 1kWh żeby mieć jakiś zapas w razie "zaćmienia".

Wyobrażam sobie, że to założenie daje mi jakiś zapas, a z tego co rozumiem produkcja / pobór są rozliczane godzinowo, więc mogę sobie pozwolić na taką sytuację, że PV przez pierwsze powiedzmy 30 minut wygeneruje mi 1 kWh produkcji do sieci, a ja przez kolejne 30 minut pobiorę tę produkcję ładowaniem i sumarycznie godzina wyjdzie na zero, a taki przecież jest mój cel. Będę musiał sobie do tego napisać jakiś helper, który będzie trzymał produkcję / zużycie z ostatniej godziny ale to nie będzie problem. Może opiszę trochę dokładniej o co mi chodzi na podstawie scenariusza:

• Zaczyna się dzień i pojawia się produkcja ale większość zżerają mi sprzęty domowe (m.in ogrzewanie).
• Z czasem produkcja rośnie i zaczyna się pojawiać nadwyżka powiedzmy, że mam 3 kW produkcji, 1,3 kW wciąga mi pompa ciepła, a 200W inne sprzęty, i zostaje 1,5 kW. To za mało w moim scenariuszu żeby włączyć ładowanie.
• W kolejnej godzinie produkcja jeszcze trochę rośnie i osiąga 4,5 kW, co daje oddawane do sieci 3 kW. Po ~20 minutach mam w magazynie godzinowym (nazwijmy go buforem, bo jego sprawność to 100%, a nie 80%) 1kWh i wtedy włączam ładowanie.
  • Z nadwyżki, mocy oddawanej do sieci i pozostałego czasu widzę, że mogę ładować prądem większym niż minimalny (muszę mieć na to jakiś wzór), więc startuje powiedzmy 5A ~3,5 kW.
  • Po 10 minutach sprawdzam jego bufora stan i jeśli rośnie albo nie spada dostatecznie szybko, to zwiększam prąd ładowania o jakąś wartość związana z różnicą nadwyżek (jeśli rośnie mocno, to zwiększam o więcej) - trzeba będzie napisać do tego jakiś wzór uwzględniający czas do końca godziny i pozostałą nadwyżkę.
  • W kolejnym cyklu 10 minutowym utrzymuje ten prąd ładowania.
  • w ostatnim cyklu 10 minutowym powinienem się przygotować do zakończenia godziny i rozpoczęcia kolejnej, więc zmniejszam moc ładowania do odpowiadającej mocy oddawanej do sieci - ustawiam 4A co daje ~2,75 kW).

Tutaj tabelka:

minuta	stan bufora [kWh]	moc PV [kW]	zużycie dom [kW]	prąd ładowania [A]	ładowanie [kW]	do/z magazynu [kWh]
0	0,00	4,50	1,50	0,00	0,00	0,50
10	0,50	4,50	1,50	0,00	0,00	0,50
20	1,00	4,50	1,50	5,00	3,45	-0,08
30	0,93	4,50	1,50	8,00	5,52	-0,42
40	0,51	4,50	1,50	8,00	5,52	-0,42
50	0,09	4,50	1,50	4,00	2,76	0,04
60	0,13

Pewnie całość będzie wymagała dużo tuningu, żeby działała zgodnie z założeniami ale może się chyba udać

Niestety ostatnio trochę straciłem zapał do tego tematu (mam inne rzeczy na głowie). Do tego te cholerne yamle i pyton mnie od tego odpychają. Gdyby to było w PHP, to już dawno miałbym zakodowane, a tak nie chce mi się tego trochę rozgrzebywać
Może niedługo do tego wrócę, bo zaczyna się pojawiać słońce.

 

[viallos]

zostaje 1,5 kW. To za mało w moim scenariuszu żeby włączyć ładowanie

Mam Froniusa który mi to ogarnia ale z ciekawością śledzę wątek i też na początku tak miałem że start przy nadwyżce 1,5kW ale według mnie to nie ma sensu gdyż przy pompie ciepła i okresach przejściowych ze zmiennym słońcem chmurami powodował że często ładowanie nie startowało i np oddawałem 1kW do sieci a potem nocą i tak ładowałem ale odbierałem z tego 0.8kW.

Zmieniłem na start przy 0,5kW i jest dużo lepiej. Generalnie wolę dobrać 1kW do 0,5kW niż oddać 0,4 ... czy 0.8 (przy nadwyżce 1kW) i potem pobierać 1.5kW.
Minimalny prąd 6A co właśnie daje 1.5kW i zmiana na 3 fazy przy 3.5kW nadwyżki.

Po starcie minimalny czas ładowania 15min , a próbkowanie średniej nadwyżki z ostatnich 2 minut.

Autokonsumpcja przy tych ustawieniach jak tylko samochód jest podpięty bardzo często na poziomie bliskim 100%.