Gestione energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico

L’applicazione descritta in questo documento è a puro scopo didattico.
L’autore e plcforum.it non assumono responsabilità per danni e inconvenienti, a cose e/o a persone, derivanti da un suo uso improprio.

L’esigenza di gestire l’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico ha spinto l'autore a progettare questo semplice ma efficace circuito elettronico, il quale preleva il segnale generato da un trasformatore TA per amplificarlo, rettificarlo e per poi farlo elaborare dal LOGO! OBA7 RCE 12/24 Siemens, con apposito software realizzato dall'autore.

Il circuito elettronico:



Il funzionamento del circuito visibile in figura 1, è molto semplice, sul punto A abbiamo la tensione filtrata dalle spurie tramite il condensatore ceramico da 100nF.
La resistenza da 680ohm serve per chiudere a massa l’uscita del TA, senza la quale il TA risulterebbe “aperto” con il pericolo di un innalzamento della tensione in uscita dello stesso, con la conseguenza distruzione dell’ integrato e probabile danneggiamento del TA.
Questa tensione proporzionale per quanto possibile, allo scorrere della corrente di fase, è di tipo AC.
Sperimentalmente l'autore ha usato un TA come quello visibile in figura sottostante (Cod. Prodotto SCT-013)


E' possibile vedere e scaricare il datasheet con le caratteristiche tecniche cliccando qui.


In ingresso del LM 358 sul pin-3, ci sono 660mV picco-picco, in alternata, quando il TA è attraversato da una corrente di circa 7 A.
L’alimentazione dell’amplificatore operazionale è singola (+12Vdc), prelevata dall’alimentatore per il LOGO!
Del segnale al pin-3 viene considerata solo la semionda positiva, in quanto LM358 non ha la possibilità di scendere al di sotto dei 0 V, essendo alimentato con tensione singola e positiva. Questo valore è appunto dimezzato (330mV pulsante) per cui la rete resistiva in retroazione sul pin-2 crea l’amplificazione del segnale in ingresso dettata dalla formula:
gain: 1+ (18kohm + 0….22kohm) / 1 kohm
per cui il guadagno può variare da 19 a 41 volte il segnale di ingresso.
il diodo 1N5819 NON serve a raddrizzare il segnale visto che l’operazionale ha già compiuto questo lavoro, ma serve a non portare la carica del condensatore elettrolitico sull’ uscita del pin-1 del integrato, rischiando di bruciarlo.
Sapendo che i diodi sono semiconduttori creano una NON linearità della lettura e soprattutto si ha una perdita in tensione dettata dalla tensione Vf del diodo stesso, ecco il motivo per il quale l'autore non ha scelto un diodo al silicio che ha una Vf pari a 0,7 volt, ma un diodo schottky il quale ha una Vf pari a 0,3 volt, per cui ho maggior linerità della lettura e minor perdita di segnale.
Il condensatore da 1uF posto sull’ingresso non invertente (pin-5) livella il segnale creando una tensione stabilizzata sul valore del picco amplificato del segnale letto dal TA.
Il secondo operazionale si comporta da buffer con amplificazione pari a 1, la resistenza e il condensatore fungono da ulteriore livellamento del segnale; la resistenza in serie al condensatore serve a limitare la corrente di carica per non mandare in crisi l’uscita dell’operazionale sapendo che ha una corrente di uscita di pochi mA, e il condensatore quando è scarico si presenta come un cortocircuito.
Bene, ora abbiamo una tensione proporzionale al valore di corrente letto dal TA, dobbiamo solo farlo elaborare da uno dei 4 ingressi analogici del LOGO!
Nelle discussioni che l'autore ha avuto sul forum si parlava di avere due TA mentre l'autore ne “vedeva” solo uno.
Due TA sarebbero serviti per leggere (uno) la corrente di produzione del FV e (il secondo) per leggere il consumo richiesto al contatore del fornitore di energia elettrica, poi si elaboravano i due dati per decidere il da farsi.
L'autore ha optato la soluzione di un solo TA basandosi sul primo principio di Kirchhoff (ricordi di adolescenza):


La I2 è la corrente richiesta al contatore, la I1 è la corrente generata dal fotovoltaico, I3 è la somma di I2 e I1.
Con l’ultimo conto energia la potenza prodotta dal fotovoltaico SE non utilizzata va immessa in rete e quindi regalata… partendo da questo concetto significa che il mio contatore di energia funge da utilizzatore! per cui il mio TA riconosce che il  pannello fotovoltaico stà producendo e tramite il LOGO! indirizzo questa corrente (energia) dove meglio aggrada: pompe di calore, prese di servizio, lavatrici, inverter, illuminazione etc.etc. sfruttando al massimo l’energia prodotta e soprattutto NON regalata.


Nota Finale:
Il trimmer da 22Kohm serve per tarare il valore letto sul display del LOGO! con il valore di produzione indicato sul display dell’inverter del FV (devono combaciare).

Il software per il logo:



Il software dà la possibilità di azionare tre teleruttori (volendo 4 aggiungendo un quarto interruttore analogico) in modo automatico o in modo manuale tramite 3 interruttore NA sui relativi ingressi. Inoltre è possibile forzare lo spegnimento manuale delle uscite tramite un contatto NC.
L'autore ha inserito anche un interruttore astronomico via software, per escludere un azionamento errato durante la notte dovuto ad errori di lettura.
L’uscita Q4 è usata come anomalia: se produce di notte si aziona Q4 (collegato a buzzer o lampada)

La tensione dc direttamente proporzionale alla corrente di produzione del FV viene letta dall'ingresso analogico I1 del Logo! RCE 12/24V tramite il trimmer presente nel circuito elettronico. E' stata regolata la tensione pari a dieci volte la corrente: 5A==>5V, portata la corrente a 8A di assorbimento e la tensione di uscita arriva a 8V, per cui la linearità è soddisfatta. a questo punto l'autore ha deciso di visualizzare la potenza (senza considerare il cos-fi) sul display del logo, amplificando tramite il blocco interruttore analogico di ben 2,2 volte. Motivo: in ingresso si ha per esempio 5 volt (che sappiamo rappresentare 5 A) e il convertitore lo rappresenta con il numero 500, ovvero 100 volte più grande il valore in ingresso. la potenza (approssimativa) prodotta è data dalla relazione P = I * V per cui 500 (5A) * 2,2 (220V).

Il filtro antecedente gli interruttori analogici servono a non leggere variazioni repentine della produzione FV.

L'autore ha avuto la richiesta di attivare tre pompe di calore per tre livelli di produzione FV così ha impostato i valori pseudo Watt richiesti sui tre interruttori analogici che attivano le relative uscite Q1, Q2, Q3.

L'autore ha aggiunto le relative attivazioni manuali delle tre uscite tramite interruttori N.O. sugli ingressi I2, I3, I4 e uno spegnimento forzato tramite un interruttore N.C. sull' ingresso I1.

L'autore ha aggiunto (via software) un interruttore astronomico che disattiva categoricamente l'attivazione automatica durante le ore notturne, le coordinate sono riferite a Ravenna (sua città). Sempre grazie all' interruttore astronomico si attiva un allarme (Q4) se nell'orario notturno viene letta una "improbabile" produzione del fotovoltaico, visualizzando su display ANOMALIA SENSORE, considerando l'ipotesi più probabile.

Premendo i tasti esc+freccia su del logo, viene visualizzato il valore letto e amplificato relativo all' ingresso analogico AI1.

Se c'è la possibilità di leggere la produzione in Watt sull' inverter FV l'autore consiglia di tarare il trimmer del circuito elettronico per far combaciare il valore letto dal logo (visualizzato).

Da qui è possibile scaricare il sorgente per il logo realizzato in FBD.

Articolo curato da Bartolotti Devis (Devis73)