Solar Einspeise Regelung (UTUBERLARS)

Bei diesem Projekt handelt es sich um ein Kooperations-Projekt von UTUBERLARS und SmartHome yourself. Lars hatte die Idee, eine Solar Einspeise-Regelung für Solaranlagen zu produzieren und bat mich, ihm dabei zu helfen.

Das Ziel

In ersten Gesprächen schilderte Lars mir, was er sich genau vorstellte. Ziel war eine Schaltung zu entwerfen die den Solarstrom so lange in den Laderegler der Batterie leitet, bis die Batterie voll geladen ist. Damit der dann überschüssige Strom nicht verloren geht, soll ab dann der Strom umgeleitet werden in den Wechselrichter um ihn ins Hausnetz einzuspeisen.

Umsetzung

Nachdem ich wusste was Lars sich vorstellt, begann ich mit dem Ausarbeiten des Konzepts.
Da das Projekt nicht sonderlich viele Anschlüsse benötigt und so kostengünstig wie möglich sein sollte, entschied ich mich für den Einsatz eines D1 mini.

Für die Stromversorgung des D1 mini benötigen wir 5V. Dabei gab es zwei Probleme zu lösen. Die Batterien liefern sowohl eine zu hohe als auch keine konstante Spannung. Daher wählten wir einen L7805 um den Mircocontroller mit konstanten 5V zu versorgen, keine Einstellungen notwendig zu machen und das ganze trotzdem kostengünstig zu halten.

Jürgen unterstützte die Planung des technischen Aufbaus und half u.a. bei der Bauteil-Auswahl und erklärte mir das Prinzip der Spannungsmessung am Analogen Eingang mit Hilfe eines Spannungsteilers. Mit diesem Aufbau konnten wir nun Spannungen größer der Referenzspannung ziemlich präzise ermitteln.

Lars hatte bereits ein Relais ausfindig gemacht. Da das Relais hohe Ströme aushalten muss wählte er hier ein 100A Relais aus dem KFZ-Bereich. Nun mussten wir dieses nur noch vom D1 mini aus schalten. Hier entschieden wir uns für den Mosfet IRFZ34N. Da der D1 an den GPIOs nur 3V liefert, wir für den Mosfet aber eher 5V benötigen setzten wir hier noch einen Optokoppler (CNY17-1) dazwischen. So sorgen wir zusätzlich auch noch für einen besseren Schutz des GPIO vor Rückschlagströmen der Relaisspule. Mit den 3V des D1 wird so de CNY17-1 geschaltet, welcher dann die 5V auf das Gate des IRFZ34N leitet. Liegen die 5V am Gate des Mosfet an, sorgt dieser für die 12V Schaltspannung am Relais wodurch dieses geschaltet wird.

Anhand dieses Konzeptes habe ich folgenden Schaltplan erstellt:

Solor Einspeise-Regelung Schaltplan


Platine der Solar Einspeise-Regelung

Nachdem der Schaltplan erstell war, konnte ich mich an das Platinenlayout geben. Nach ersten Tests und daraus resultierenden Nachbesserungen ist dieses Layout daraus entstanden.

Wie Ihr eine Platine erstellen könnt erfahrt Ihr im KiCad Tutorial.

Solar Einspeise-Regelung Layout

So sieht das ganze dann in der gerenderten 3D-Vorschau aus.

Die Platine könnt Ihr unter folgendem Link bestellen: https://www.pcbway.com/project/shareproject/Solar_Einspeise_Regelung.html

PCB from=From pcbway



Bauteile

ProduktnamePreis
(* = Affiliate-Link / Bildquelle: Amazon-Partnerprogramm)


Benötigte Stückzahlen

BauteilAnzahl
D1 Mini NodeMcu1
L7805CV1
IRFZ34N1
CNY17-1 Optokoppler1
180Ohm Widerstand2
2.2k Ohm Widerstand1
10k Ohm Widerstand1
22k Ohm Widerstand1
1N4007 Diode3
1N5408 Diode1
2-Pin Terminal Block2
LED1
6-Pin IC-Sockel1
Anzahl benötigter Bauteile für die Platine


Software

Das Sketch für den D1 mini findet Ihr unter folgendem Link:
https://github.com/danielscheidler/solar-einspeise-regelung

Eigentlich muss in dem Programm nichts geändert werden. Wenn Ihr aber z.B. nicht die Platine einsetzt und andere Pins benutzen möchtet, könnt Ihr die Pinbelegung am Anfang des Sketches im Konfigurationsbereich einstellen.

/* – ---- – CONFIG START – ---- – */

// Maximale WLAN-Verbindungsversuche
# define maxConnectionAttemts  20

// Pinbelegung
#define LED_PIN                D5
#define RELAIS_PIN             D6
#define VOLTAGE_SENSOR_PIN     A0

// Intervall für Spannungsmessung in Millisekunden
int voltageRefreshIntervall = 2000;

/* – ---- – CONFIG ENDE – ----- – */

Die Datei backend.ino enthält alles für die interne Logik.
Die Datei config.ino beinhaltet alles im Bezug auf das speichern/laden der Konfiguration.
In der Datei frontend.ino sind alle Methoden und Strings für die Webseite.

Installation/Einrichtung

Öffnet in der Arduino IDE die Datei solar-einspeise-regelung.ino. Alle weiteren ino-Dateien werden automatisch mit geöffnet.

Schließt nun den D1 mini per USB an euren PC an. Dabei sollte der D1 mini NICHT auf die Platine gesteckt sein. Falls Ihr ihn fest verlötet habt, darf die Platine auf keinen Fall mit einer anderen Stromquelle als dem USB-Anschluss verbunden sein!

Übertragt jetzt durch einen Klick auf „Hochladen“ das Sketch auf den D1 mini.

Nun könnt Ihr den D1 mini auf Ihren Steckplatz setzen. Danach ist die Platine einsatzbereit.

Video zur Solar Einspeise-Regelung

In diesem Video erkläre ich den Aufbau der Platine Schritt für Schritt.

Platine zur SOLAR Einspeise-Regelung für UTUBERLARS endlich fertig
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