Tema: Carlotrón versión 3.0. Derivar excedentes con Arduino.

Quisiera presentar unos cuantos números (ficticios!), para aclarar un poco la situación de "consumo de batería" para el algoritmo de derivación de excedentes, que he presentado en mi post #246.

Pongamos que la duración de un ciclo del bucle sea de 10ms y que el incremento PWM en cada ciclo sea de 20W.

1. Estado de equilibrio (se aprovechan todos los excedentes)
El Arduino hará un intento de incrementar PWM en cada ciclo. Como no hay más excedentes, el campo FV no podrá aumentar en potencia y los 20W del incremento (o parte de ellos) tendrán que venir de batería. Este consumo de 20W durará dos ciclos (20ms) hasta que el Arduino se dé cuenta y reduzca la señal PWM en tres incrementos (60W). Tardará 3 ciclos (30ms) hasta volver a chupar de batería. Es decir, 2/5 del tiempo total estará chupando 20W de batería. Pongamos que esto lo hace durante 6 horas al día, entonces en todo el día habrá chupado 48Wh de batería. Como en estado de equilibrio no habrá cero, sino un poquito de excedentes, digamos 5W, más bien serán 40Wh al día. Una cantidad despreciable.

2. Reducción repentina de excedentes, por ejemplo en 2000W
Esto pasará, por ejemplo, en caso de un aumento repentino del consumo normal (electrodoméstico) o del paso de nubes. El Arduino se dará cuenta y reducirá la señal PWM en 3 incrementos cada 3 ciclos del bucle (3 pasos atrás y uno adelante, mirar algoritmo). Con el incremento de 20W tardará 100 ciclos hasta encontrar el nuevo equilibrio (o que PWM sea cero). 100 ciclos de 10ms tardan 1 segundo: Unos 1000Ws chupados de batería (el consumo de excedentes irá disminuyendo de +2000W a +0W en este segundo), lo que son 0.28Wh. Pongamos que esto ocurra 100 veces al día, serán 28Wh chupados de batería en un día. También despreciable.

3. Aumento de excedentes (lo contrario del caso anterior)
El Arduino se dará cuenta e incrementará la señal PWM en 20W cada ciclo. No habrá consumo de batería, pero no se aprovecharán todos los excedentes hasta encontrar el nuevo equilibrio. Pongamos que los excedentes hayan aumentado en 2000W. Entonces el Arduino tardará 100 ciclos (1 segundo) hasta volver a aprovechar todos los excedentes. Como promedio, se habrán "perdido" 1000Ws en este proceso (0.28Wh). En un día, esto sumará pocos Wh, pongamos 50Wh, perdidos. Esto me parece muy poco, totalmente despreciable.


Conclusión: El algoritmo es rápido y eficaz. Los efectos secundarios son despreciables.
Me he equivocado en algo ?

@el_cobarde:
Yo tampoco quisiera ser ( como dice carlos6025) ni aguafiestas ni cenizo, pero creo que discernir 20W sobre un total de por ejemplo 4KW de potencia ( que no recuerdo si debes andar por ahí ~ ) va a resultar algo complicado. Si tienes un osciloscopio pincha en la tensión de FV y lo acoplas en AC y veras el rizado que habrá ahí ( asi de paso verás la calidad del filtrado de tu regulador ).
Sólo con la resolución de tu Arduino de 0,15V por la intensidad nominal ( que debería andar por los 40A o más ) tendrás al menos 1 bit + el ruido pertinente, o sea por lo menos 15 o 20W de 'rizado'.
Creo que deberías tomar valores bastante más altos de escalón de potencia. El tiempo de ciclo parece algo razonable, pero es algo que estará sujeto más al tiempo de respuesta del regulador, y no al de los paneles como algún compañero ha opinado.
Sólo intento ser realista con la experiencia que tengo.

Saludos

Iniciado por oxid

Yo tampoco quisiera ser (como dice carlos6025) ni aguafiestas ni cenizo ...

No eres ni aguafiestas ni cenizo, te agradezco mucho tus comentarios. Estoy intentando buscar y eliminar problemas y fallos, y vuestros comentarios me ayudan mucho. Qué vengan más comentaríos!

Iniciado por oxid

... creo que discernir 20W sobre un total de por ejemplo 4KW de potencia ( que no recuerdo si debes andar por ahí ~ ) va a resultar algo complicado.

He supuesto 20W, porque carlos6025 habla de 10W-30W como incremento PWM en su Carlotrón en base al Outback.
Igual puedo poner 50W o 100W como incremento PWM, la conclusión no cambiaría ...

Iniciado por oxid

Si tienes un osciloscopio pincha en la tensión de FV y lo acoplas en AC y veras el rizado que habrá ahí ( asi de paso verás la calidad del filtrado de tu regulador )

Esto pienso hacer, cuando me ponga manos a la obra.

Iniciado por oxid

Sólo con la resolución de tu Arduino de 0,15V por la intensidad nominal ( que debería andar por los 40A o más ) tendrás al menos 1 bit + el ruido pertinente, o sea por lo menos 15 o 20W de 'rizado'.

He pensado en usar I y V de un solo grupo de placas (tengo cuatro) y poner un módulo ACS712 de 20A, que me da 100mV/A. La intensidad FV será <11A, es decir, obtendré una señal I <= 1.1V.
También probaré el módulo ACS712 de 5A, que da 185mV/A. Parece que aguantaría los 11A. La señal I sería <= 2.0V.
Otra opción sería conectar 2 grupos FV al módulo ACS712 de 20A. Serían I<22A y la señal I <= 2.2V.

Me parece posible obtener señales bastante por encima del ruido y del rizado.
- Con 11A y la resolución de tensión de 0.15V, el bit de potencia sería de 11A * 0.15V = 2W, más o menos
- Con 22A y la resolución de tensión de 0.15V, el bit de potencia sería de 22A * 0.15V = 3.5W, más o menos

Iniciado por oxid

Creo que deberías tomar valores bastante más altos de escalón de potencia.

Lo dicho: Si 20W resultara ser poco, igual podría tomar 50W o 100W.
Los ajustes serían más rápidos (menos ciclos del bucle) y se chuparía algo más de batería en estado de equilibrio.

Iniciado por oxid

El tiempo de ciclo parece algo razonable, pero es algo que estará sujeto más al tiempo de respuesta del regulador, y no al de los paneles como algún compañero ha opinado.

Esta información sí que me ayuda mucho. Había supuesto 10ms por coj..., sin saber por qué ...

Iniciado por oxid

Sólo intento ser realista con la experiencia que tengo.

Valoro mucho tu experiencia y me ayudas mucho con ella. Gracias!

Iniciado por el_cobarde

No eres ni aguafiestas ni cenizo, te agradezco mucho tus comentarios. Estoy intentando buscar y eliminar problemas y fallos, y vuestros comentarios me ayudan mucho. Qué vengan más comentaríos!

Hagas lo que hagas, el sistema regulará, con más batería o menos, regulará. Si vas aumentando la potencia derivada a excedentes, irremediablemente, en el tiempo que sea, las placas, con esa nueva impedancia, con esa temperatura y esa irradiación, sólo pueden trabajar en un punto V-I. Ni más, ni menos. Lo "fino" que puedas hilar, ya depende de otras variables que creo que no has estudiado todavía. Bueno, más que estudiado "observado".

Iniciado por Gabriel 2015

Si vas aumentando la potencia derivada a excedentes, irremediablemente, en el tiempo que sea, las placas, con esa nueva impedancia, con esa temperatura y esa irradiación, sólo pueden trabajar en un punto V-I.

De esto no hay duda: En cada momento, las placas trabajarán a una V y con una I definidas. Lo que no es tan seguro, es que los diferentes puntos I-V formen una curva tan bonita como la curva I-V de la ficha técnica de una placa FV.

Iniciado por Gabriel 2015

Lo "fino" que puedas hilar, ya depende de otras variables que creo que no has estudiado todavía. Bueno, más que estudiado "observado".

Me ayudarías mucho nombrando esas variables no observadas hasta ahora.
De momento no veo la necesidad de conocer más variables que I y U del campo FV, para la derivación de excedentes.

Iniciado por el_cobarde

De esto no hay duda: En cada momento, las placas trabajarán a una V y con una I definidas. Lo que no es tan seguro, es que los diferentes puntos I-V formen una curva tan bonita como la curva I-V de la ficha técnica de una placa FV.



Me ayudarías mucho nombrando esas variables no observadas hasta ahora.
De momento no veo la necesidad de conocer más variables que I y U del campo FV, para la derivación de excedentes.

Hay una muy importante; lo que tarda el sistema en volver al equilibrio tras un aumento de carga de "X" watios.

No es lo mismo que tarde 10 ms que 10 s.

Iniciado por Gabriel 2015

Hay una muy importante; lo que tarda el sistema en volver al equilibrio tras un aumento de carga de "X" watios.

Si hay un cambio de consumo (o de irradiación) importante, mi regulador MPPT suele hacer un rastreo, para encontrar un nuevo MPP óptimo. Para esto, desconecta y conecta el campo FV y rastrea a lo largo de la curva I-V. El proceso tarda unos cuantos segundos (podemos poner los 10s que dices).
Cuando el regulador desconecta el campo FV, el Arduino rápidamente reducirá la señal PWM a cero. Después, mientras el regulador busca el nuevo MPP, el Arduino hará lo mismo. Poco después de haberse estabilizado el regulador, tambien lo habrá hecho el Arduino.
Lo importante es, que mientras el regulador busque, modificando la potencia FV, el Arduino no se quedará parado, sino modificará la señal PWM siguiendo a los cambios de la potencia FV.

En caso de que haya un cambio de consumo / irradiación, sin que el regulador busque un MPP nuevo, pasará más o menos lo mismo: El regulador modificará la potencia FV y el Arduino le seguirá, adaptando la señal PWM.

En caso de que haya un aumento de consumo que supere la potencia FV en este momento, este exceso irá a cargo de la batería. No habrá cambio de la potencia FV y el Arduino no reaccionará.

En total, no le veo problemas a estos procesos. Me parece que el algoritmo "derivar excedentes en base a la potencia FV (P=I*V)", por sencillo que parezca, hará lo que yo espero que haga.

Pues con esos tiempos, yo creo que es mejor utilizar un minipanel o algo similar. Bueno, siempre puedes probar y si no te convence cambiar. Sólo sería cambiar la programación de Arduino.

Iniciado por carlos6025

Con el Carlotrón 3.1+Outback no ocurre eso. El contador de absorción sigue contando, porque al ser tan rápida la reacción de éste (mucho más rápida, así como 100 veces más que el regulador), y tan pequeño el incremento/decremento de potencia (unos 10-30W), la tensión varía menos de lo que necesita el regulador para parar el contador.

Esto es muy bueno saberlo; con Outback y Midnite funcionará perfectamente. Lo complicado va a ser hacerlo funcionar con otros reguladores ya que de forma externa (sin comunicación con el regulador) hacer cuadrar las tensiones objetivas (y más compensadas por temperatura) de carga con el regulador. Si el Carlotrón deriva sólo un décimo voltio por debajo del objetivo del regulador, ya no entrará en absorción este (y se tira todo el día cargando a 0,1 V por debajo de absorción). Si deriva 0,1 V por encima, no llegará a derivar. Osea realmente me parece imposible, ahora bien para derivar en flotación (con 0,1 - 0,2 V por debajo de la tensión de flotación), no veo el problema y debería funcionar perfectamente.

Iniciado por Hlebtomane

Lo complicado va a ser hacerlo funcionar con otros reguladores ... no entrará en absorción ... realmente me parece imposible

Realmente no consigo entender los problemas que ves con derivar excedentes en reguladores que no sean Outback o Midnite, cuando están en absorción. El Arduino -o mejor dicho: el algoritmo- no conoce la tensión de absorción del regulador, ni tiene que conocerla. Funciona exclusivamente en base a la potencia FV (P=I*U) y no modifica para nada la tensión de batería. Si no me equivoco, no interviene para nada en la fase de absorción del regulador. Deriva excedentes -si los hay- a cualquier tensión de batería.
No tengo ni Outback ni Midnite; mi regulador MPPT se llama Sunstar SS50-C. Pero me parece que todo lo que ha dicho carlos6025 de su Outback, lo cumple igual mi SunStar SS-50C:

Iniciado por carlos6025

Resumiendo, que si la tensión varía muy poco (centésimas de voltio), el contador del tiempo de absorción sigue. Si la variación es mayor (decenas/unidades), el contador se para, pero vuelve a marchar nada más se recupere la tensión.

El Sunstar SS50-C se comporta exactamente igual. Pienso que funciona igual de bien para derivar excedentes como el Outback (o el Midnite), tanto en absorción como en flotación. El regulador NO se "tirará todo el día cargando a 0.1V por debajo de absorcion".
No veo ninguna razón por la que el algoritmo funcione peor con el Sunstar que con un Outback o Midnite.

No sé si te refieres al incremento de la señal PWM que hace el algoritmo en estado de equilibrio, para probar si hay más excedentes?
Es correcto que esta potencia adicional (20W o 50W) las tendrá que dar (en parte) la batería. Pero doy por supuesto que este pequeño consumo que se pide a la batería no reducirá su tensión o, por lo menos, no estorbará el estado de absorción.
Me equivoco?

Entiendo que la idea es generar la señal de excedentes a partir de la potencia de la fotovoltaica. Ahora mismo no he encontrado el algoritmo planteado, pero entiendo que se basa en potencia fotovoltaica y la tensión de batería (si incrementa, se mantiene estable o disminuye).
Problemas que veo:
- Si estamos en bulk por la mañana (con la potencia fotovoltaica incrementando hasta mediodía), nos encontramos con la situación que la potencia fotovoltaica sube y así lo hace la tensión de batería. Con esto entiendo que se encendería el consumo de excedente de tal forma que incrementaría poco a poco manteniendo la tensión de batería estable (pero ya en bulk); osea o hay que saber la tensión de carga que tiene como objetivo el regulador (con su variación por etapa de carga y temperatura de la batería) o hay que encontrar otro indicador para saber si hay excedentes o no; ese otro indicador podría ser un incremento de la tensión de trabajo de los paneles. Ahora bien, la tensión MPP de los paneles depende de temperatura e irradiación, por lo cual no se puede simplemente trabajar con un valor fijo.
Creo que el algoritmo debería basarse en la potencia FV, variación de tensión de batería y variación de tensión de trabajo de los paneles.
- Aún con un algoritmo funcionando casi perfectamente podrían darse situaciones que el consumo de excedente se quedara ligeramente por encima de lo que realmente hay de excedente y la tensión de carga se quedara un décimo de voltio por debajo del objetivo del regulador (ya por tolerancias de medición); con esto ocurriría que el contador de tiempo para absorción se quedaría parado probablemente.

No descarto que consigas un control de excedentes bastante bueno, pero fácil no va a ser y puede que funcione con unos reguladores sí y con otros no, eso habrá que verlo.

Iniciado por Hlebtomane

Entiendo que la idea es generar la señal de excedentes a partir de la potencia de la fotovoltaica. Ahora mismo no he encontrado el algoritmo planteado, pero entiendo que se basa en potencia fotovoltaica y la tensión de batería (si incrementa, se mantiene estable o disminuye). Problemas que veo: ...

Gracias por tu comentario constructivo, Hlebtomane.
Efectivamente, al principio mi idea se parecía a lo que dices: Algoritmo basado en la potencia FV y V de batería. Pero ya hace algunos días, desarollé un algoritmo muy sencillo, que se basa exclusivamente en P de la FV (P=I*V). NO emplea la tensión de batería para nada. Y me parece que NO afecta el funcionamiento del regulador MPPT para nada. Si el regulador está en modo absorción, debería seguir en modo absorción hasta que él decida cambiar.

El algoritmo es corto y sencillo, pero me parece eficaz.
Para no tener que buscarlo, lo vuelvo a colgar en este post, junto con una breve explicación.

El algoritmo es este:

. U_actual = 0
. I_actual = 0
. Incremento = const (p.e. 50W)
. PWM = 0
. Potencia_anterior = 0

Comienza el bucle

. if (PWM < 0)
. PWM = 0
. endif

. U_actual = Lee U_paneles
. I_actual = Lee I_paneles
. Potencia_actual = U_actual x I_actual

. if (Potencia_actual <> Potencia_anterior)
. PWM = PWM + Incremento
. else
. PWM = PWM - Incremento
. PWM = PWM - Incremento
. PWM = PWM - Incremento
. endif

. Potencia_anterior = Potencia_actual

Vuelvo al bucle

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Breve explicación:
Para empezar, el Arduino incrementa la señal PWM un poquito (50W en el ejemplo). Si la potencia FV no le sigue, lo intenta otra vez. Si ve que la potencia FV le sigue, continúa incrementando hasta llegar a un estado de equilibrio.
En estado de equilibrio (cuando se aprovechan todos los excedentes), el Arduino da un paso adelante (incrementa la señal PWM). Si ve que la potencia FV no le sigue, da tres pasos atrás, es decir, decrementa 3 veces la señal PWM. La potencia FV se adapta a este nuevo valor. Otra vez el Arduino da un paso adelante. Si la potencia FV le sigue, da otro paso adelante. Si la potencia FV no le sigue, vuelve a dar tres pasos atrás. Asi sucesivamente, siempre intentando aprovechar todos los excedentes, pero sin pasarse. Con el "truco" de tres pasos atrás se consigue un decremente de la señal PWM, cuando éste sea necesario. Si se desea un decremento más rapido, basta programar 4 o 5 pasos atrás, en vez de tres.
- Si la potencia FV aumenta, el Arduino sigue incrementando la señal PWM
- Si la potencia FV disminuye, el Arduino va decrementando la señal PWM, comprobando en cada paso si la potencia FV se estabiliza
- Si la potencia FV no cambia, el Arduino incrementa la señal PWM, para comprobar la estabilidad
De esta forma, el Arduino busca y encuentra rápidamente cualquier estado de equilibrio nuevo, tanto si éste está a una potencia FV más alta como más baja.


.

Iniciado por el_cobarde

Gracias por tu comentario constructivo, Hlebtomane.
Efectivamente, al principio mi idea se parecía a lo que dices: Algoritmo basado en la potencia FV y V de batería. Pero ya hace algunos días, desarollé un algoritmo muy sencillo, que se basa exclusivamente en P de la FV (P=I*V). NO emplea la tensión de batería para nada. Y me parece que NO afecta el funcionamiento del regulador MPPT para nada. Si el regulador está en modo absorción, debería seguir en modo absorción hasta que él decida cambiar.

Gracias Niki, pues ya veo que a idea es aumentar la potencia de excedentes mientras la potencia FV siga con el mismo incremento de potencia. Podría funcionar, pero la más mínima diferencia en la medición (por tolerancias) puede acabar con que no vaya fino del todo. Habrá que probarlo, si funciona de esa manera sencilla, perfecto y si no, habrá que meter más parámetros (el incremento de la tensión de trabajo de los paneles podría ser un buen segundo criterio).
Total, un refrán alemán dice "probieren geht über studieren" (más vale hacer pruebas que estudiar) y creo que en este caso es el método más acertado.

Gracias a tí, Matthias, veo que ahora estamos de acuerdo.

Iniciado por Hlebtomane

Podría funcionar, pero la más mínima diferencia en la medición (por tolerancias) puede acabar con que no vaya fino del todo.

Me parece que esto se soluciona probando con distintos valores del incremento (20W / 50W / 100W).

Iniciado por Hlebtomane

Habrá que probarlo, si funciona de esa manera sencilla, perfecto y si no, habrá que meter más parámetros ...

Muy de acuerdo. No obstante, en este momento me parece que no será necesario meter más parámetros.

Iniciado por Hlebtomane

... un refrán alemán dice "probieren geht über studieren" (más vale hacer pruebas que estudiar) y creo que en este caso es el método más acertado.

Yo modificaría este refrán alemán un poco, diciendo "erst studieren, dann probieren und dann wieder studieren ..." (primero estudiar, después hacer pruebas y después volver a estudiar)
Quiero decir:
- Primero se desarolla una idea (un algoritmo), intentando tener en cuenta todo el entorno ("primero estudiar")
- Después se realiza la idea en la práctica y se compruba si funciona ("después hacer pruebas")
- Casi siempre no funcionará como previsto y habrá que buscar el por qué y mejorar la idea ("volver a estudiar")

El problema que podría tener es que no comenzase a derivar excedentes. Cuando calculas la nueva potencia, la V e I de los paneles no habría variado todavía con respecto a la potencia anterior, por lo que interpretaría que no hay más excedentes...

Iniciado por Gabriel 2015

El problema que podría tener es que no comenzase a derivar excedentes ...

Me parece que este problema ya lo hemos hablado. Se soluciona adaptando el tiempo que dura un ciclo del bucle "incremento PWM" al tiempo que tarda el campo FV (y el regulador!) en reaccionar.

Ah vale, como no se ve en el algoritmo.

Iniciado por Gabriel 2015

Ah vale, como no se ve en el algoritmo.

El algoritmo que presento aqui es el más básico posible, para no liar demasiado ...

Nos comentaste que habías probado con 2.000 w y que la carga fue asumida, inicialmente, por las baterías. Has probado con una carga de 10 a 100 w? Sería interesante.

Iniciado por Gabriel 2015

Nos comentaste que habías probado con 2.000 w y que la carga fue asumida, inicialmente, por las baterías. Has probado con una carga de 10 a 100 w? Sería interesante.

Todavía no. Lo probaré e informaré acerca del resultado.

Efectivamente, conectando 2000W o también 1000W, la tensión de batería baja notablemente, para no decir mucho.
Posiblemente, con 10W no cambie la tensión de batería, pero con 100W si. Os mantendré informados.

Iniciado por Gabriel 2015

El problema que podría tener es que no comenzase a derivar excedentes. Cuando calculas la nueva potencia, la V e I de los paneles no habría variado todavía con respecto a la potencia anterior, por lo que interpretaría que no hay más excedentes...

Exactamente eso es lo que, a veces (cuando le da el punto) le pasa al regulador mío con el Carlotrón. Me explico:
- Estando el carlotrón derivando potencia, si desconecto una carga fuerte, el regulador master (tengo 2) disminuye tanto la potencia, que se queda a cero, pues es el otro regulador el que asume la carga (excedentes + consumo de la vivienda).
- Eso, desde el punto de vista del regulador master, "parece" lógico, ya que, cuando intenta dar algo de potencia, el Carlotrón disminuye el excedente. Cuando Carlotrón disminuye excedente, el regulador vuelve a frenan la entrega de potencia. Otra vez el Carlotrón intenta dar potencia, el regulador vuelve a intentar dar potencia, pero otra vez el Carlotrón se adelanta y vuelve a disminuir excedente. Y así sucesivamente. El caso es que el regulador se queda entregando 0W, el Carlotrón entregando la potencia excedente que haya, y todo el sistema en equilibrio.
Ese estado puede durar desde unos segundos, hasta varios minutos, dependiendo de "un no se que" que todavía no le encuentro explicación.

Por cierto, solo ocurre en absorción. Cuando el regulador esta en flotación, en 1 par de segundos se "desengancha" de esa situación de entrega de 0W.

Evidentemente, esa situación ocurre porque tengo 2 reguladores en paralelo, ya que el regulador slave en solitario, mantiene la tensión de batería, justo a la tensión objetivo. Con 1 regulador solo no ocurre este problema.

¿Son 2 midnite con el follow me ?


Lo mío va a ser mas entretenido aún, porque a los midnte, hay que añadirle que en verano sobre todo, podrá haber excedentes de los 2 y del S.B a la vez

Son 2 outback, pero sin el hub. No están comunicados.

Tendrás que configurar la tensión de los midnite algo menor que el S.island, para que haga de "master"

Iniciado por carlos6025

Son 2 outback, pero sin el hub. No están comunicados.

Tendrás que configurar la tensión de los midnite algo menor que el S.island, para que haga de "master"

Estan conectados al S.I. y es el S.I. el que manda. Para el tema de carga, lo hacen casi todo bien ( salvo un mensaje en la pantalla, que sale mal ). Lo digo por el tema de los excedentes.

Tengo esto puesto

http://www.midnitesolar.com/productP...tOrder=1&act=p

Ok. No sabía de ese equipo.
Pues cuando salga la versión del Carlotrón para SMA (que ya se está cocinando), habrá que probarlo