Leistungssteller mit SSRs ...Erfahrungen ?

[funkleuchtturm]

Die Rahmenbedingungen:
Ich habe eine 9kWp-PV-Anlage und heize mit einer 380V-Drehstompatrone das Wasser mit der Überschussenergie auf, um den Eigenverbrauch möglichst hoch zu machen. Aktuell verwende ich je Phase ein SSR, um die Heizleistung in 3 Stufen bis 4,5kW an die verfügbare PV-Leistung anzupassen. Ich hole dazu vom Stromzähler den aktuellen Leistungswert und schalte entsprechend den Heizer über Relais in jeder Phase in 3 Stufen. Das funktioniert schon seit einiger Zeit sehr gut.

Mittlerweile sehe ich aber, daß gerade an bedeckten Tagen mit kleinen PV-Leistungen (bis 1kW) mit einer stufenlosen Leistungssteuerung möglicherweise mehr zu holen wäre.

Zuerst fällt einem natürlich als Lösungsmöglichkeit ein Thyristorsteller ein. Das Problem ist aber , daß diese Teile relativ teuer sind und u.U. viel EMV-Störungen erzeugen, was Funk-Homematic nicht gerne mag. Zudem akzeptiert das EVU unter Umständen die möglicherweise entstehenden Blindleistungen nicht.

Die recht preiswerten elektronischen Schaltrelais (SSR) für Hutschienen sind demgegenüber viel besser, weil sie im Nulldurchgang schalten. Allerdings ist eine stufenlose Leistungssteuerung nicht ganz einfach, weil man ganze Wellenpakete schalten muß.

Ich hab jetzt mal einen Grundsatzversuch mit einem SSR in Verbindung mit einem 1,5kW Heizer gemacht. Angesteuert wird das SSR von einem Pulsweitensignal von 8Hz/125ms (welches nicht mit der Netzfrequenz synchronisiert ist!). Die Pulsweite läßt sich zwischen 0 und 125ms verändern. Mit dieser Ansteuerung kann ich recht gut die Leitung variieren. Das ist zwar nicht so feinfühlig wie ein Thyristorsteller aber gegenüber meinen vorher 3 Schaltstufen ist das ein deutlicher Performancegewinn.

Bevor ich das nun einbaue möchte ich hier nachfragen, ob jemand das schon so gemacht hat und Erfahrungen in so einem "speziellen" PWM-Dauerbetrieb von SSRs hat?

[FUEL4EP]

Hi Eugen,

in englischsprachigen Foren gibt dazu jede Menge Erfahrungen und Lösungsansätze:

Prinzip der Vollwellensteuerung
Diverting power from Solar PV to a heater (immersion controller)
OpenEnergyMonitor
Choosing an Energy Diverter
mk2pvrouter.co.uk
Diverting surplus PV Power, by Robin Emley
VariableTimeBaseSSR (ziemlich alt)

Googeln nach ' burst fire SSR' liefert noch viele weitere hilfreiche Seiten.


Viel Spaß.

[klassisch]

Habe ich das richtig verstanden, daß Du derzeit jede Phase einzeln ansteuerst und damit 3 Stufen hast.
Du nutzt damit die saldierende Eigenschaft Deines Zählers aus. Solange die Summe der max. 3 Heizleistungen kleiner ist als die Phasensumme der PV Einspeisung funktioniert das. Also Mitteln über die Phasen funktioniert und wird nicht bestraft.
Wenn ich es richtig verstanden habe, willst Du jetzt ein Puls-Pausenmodulation einführen und über die zeitliche Mittelung eine feiner justierte Heizleistung erreichen. Energetisch geht das und man wird auch passende SSR dazu finden.
Aber geht es das auch abrechnungstechnisch? Die finanziellen Werte für Bezug und Einspeiung sind ja verschieden. Die Meter messen ja True RMS mit einem ordentlichen Crest Faktor. Sie sind also schnell. Und ich vermute, daß sie in dieser Geschwindigkeit auch Bezug von Einspeisung unterscheiden. Und wenn Du dann zu einen Zeitpunkt mehr verheizt als Du einspeist, dann wird das mit dem Bezugspreis bestraft. Das Gros der Pulszeiten wird also wohl als Bezug teuer verrechnet während Du in den Pausenzeiten nur Deinen Einspeisetarif bekommst. Bei dem derzeitigen Verhältnis kein gutes Geschäft.

[FUEL4EP]

Das ist eine sehr gute und sehr berechtigte Frage: Über welche Zeit mittelt ein saldierender Zweirichtungszähler die Wirkleistung über alle drei Phasen?

Hier ein Beispiel eines saldierenden Zweirichtungszählers als Ergebnis einer ersten, schnellen Internetsuche.

Bei diesem Zähler wird über eine Zeitdauer von 1 Sekunde gemittelt:

Bei Vollwellensteuerung von SSRs können sich daher je nach Steuer- und Regelungsalgorithmus in der Tat Kostennachteile ergeben, wenn sich Verbrauchs- und Einspeisetarif unterscheiden.
Auf jeden Fall ist es es wert, das genau zu ergründen, bevor man hier investiert. Danke für den Tipp!

[klassisch]

Das ist wahrscheinlich die Abtastrate der Ausgabe nach extern, über die gemittelt wird. Die "Moderne Messeinrichtung" stellt auf der optischen Info-Schnittstelle auch jede Sekunde ein Datum bereit. Was er aber intern in den Energieregistern macht? Da würde ich jeden internen Abtastzyklus der Meßabtastung korrekt bewerten und aufsummieren lassen, falls es keine anderslautenden gesetzliche Regelungen oder Lastenheftanforderungen gibt. Vielleicht steht in den FNN Lastenheften etwas dazu.

[FUEL4EP]

Fragen über Fragen, alle berechtigt!

Hier ein interessanter Erfahrungsbeitrag dazu

Digitaler Stromzähler und Wellenpaketsteuerung zur Eigenverbrauchsregelung: Ein Erfahrungsbericht - Mikrocontroller.net

Da scheint also was dran zu sein.

[klassisch]

Danke, ein interessanter Erfahrungsbericht. Die Energieregister sind abrechnungsrelevant, verbindling und unterliegen dem MID, die Leistung nicht. Die wird nur deshalb bedient, weil das m FNN zur modernen Meßeinrichtung gefordert ist. Da kann es schon mal zu einer lieblosen Implementierung kommen.

[funkleuchtturm]

@klassisch
@FUEL4EP
Erst mal herzlichen Dank für Eure konstruktiven Anregungen!!

Habe ich das richtig verstanden, daß Du derzeit jede Phase einzeln ansteuerst und damit 3 Stufen hast.
Du nutzt damit die saldierende Eigenschaft Deines Zählers aus. Solange die Summe der max. 3 Heizleistungen kleiner ist als die Phasensumme der PV Einspeisung funktioniert das. Also Mitteln über die Phasen funktioniert und wird nicht bestraft.

So ist es! Das ist mein Ist-Zustand. Der Zähler macht offensichtlich die Summe der Strangleistungen und schaltet in Abhängigkeit vom Summensignal auf Bezug/Abgabe.

Wenn ich es richtig verstanden habe, willst Du jetzt ein Puls-Pausenmodulation einführen und über die zeitliche Mittelung eine feiner justierte Heizleistung erreichen. Energetisch geht das und man wird auch passende SSR dazu finden.
Aber geht es das auch abrechnungstechnisch? Die finanziellen Werte für Bezug und Einspeiung sind ja verschieden. Die Meter messen ja True RMS mit einem ordentlichen Crest Faktor. Sie sind also schnell. Und ich vermute, daß sie in dieser Geschwindigkeit auch Bezug von Einspeisung unterscheiden. Und wenn Du dann zu einen Zeitpunkt mehr verheizt als Du einspeist, dann wird das mit dem Bezugspreis bestraft. Das Gros der Pulszeiten wird also wohl als Bezug teuer verrechnet während Du in den Pausenzeiten nur Deinen Einspeisetarif bekommst. Bei dem derzeitigen Verhältnis kein gutes Geschäft.

Das ist genau der Knackpunkt! Technisch sehe ich keine grundsätzlichen Probleme, einzelne Wellenpakete mit dem SSR zu schalten. Aber was macht der Zähler ?

Bei diesem Zähler wird über eine Zeitdauer von 1 Sekunde gemittelt:

Bei Vollwellensteuerung von SSRs können sich daher je nach Steuer- und Regelungsalgorithmus in der Tat Kostennachteile ergeben, wenn sich Verbrauchs- und Einspeisetarif unterscheiden.

Auf jeden Fall ist es es wert, das genau zu ergründen, bevor man hier investiert. Danke für den Tipp!

Genau das ist der Knackpunkt, den ich mal genauer ansehen will. Wie wird im Zähler genau gemittelt und gibt es möglicherweise Normvorgaben?
Daß der Zähler nicht so ohne weiteres mit den Pulspaketen klar kommt, das sehe ich schon an den stark schwankenden Leistungswerten. Deshalb hatte ich hauptsächlich hier nach Erfahrungen gefragt.

Ich werde dazu einige Versuche machen, vielleicht kommt damit mehr Licht ins Dunkel

[FUEL4EP]

Manchmal hilft es, wie hier, nochmals drüber zu schlafen

Dabei bin ich zu folgender Analyse gekommen:

Ein saldierender Zähler misst die elektrische Leistung über alle drei Phasen in einer hohen zeitlichen Auflösung dT (schneller ADC für Strom und Spannung für alle drei Phasen), dT ist im Mikrosekunden Bereich.
Ein saldierender Zähler akkumuliert (integriert) die gemessene Leistung * dT in bestimmten Messintervallen, z.B. in einer Sekunde (Dauer spielt keine Rolle). Das Akkumulationsergebnis sei hier E(i) genannt, i ist der Index des Messintervalls. Saldiert wird über alle drei Phasen. Anmerkung: Der häufig benutzte Phasenwinkel spielt bei dieser rein zeitlichen Erfassung keine Rolle: Energie ist das Integral der Momentanleistung über die Zeit.

Ist die elektrische Wirkenergie E(i) positiv, das heißt der Energieversorger liefert Energie, so wird E(i) zum Bezugszähler hinzuaddiert (saldiert). Der Bezugszähler wird zur Kostenerfassung mit dem Bezugspreis pro kwH multipliziert.
Ist die elektrische Wirkenergie E(i) negativ, das heißt der Kunde speist Energie in das Netz des Erergieversorgers ein, so wird E(i) zum Einspeisezähler hinzuaddiert (saldiert). Der Einspeisezähler wird zur Kostenerfassung mit dem Einspeisepreis pro kwH multipliziert.

Diese Aussagen können für jedes der Messintervalle i unabhängig voneinander gemacht werden. Es reicht also aus, das Messprinzip in nur einem Messintervall zu betrachten.

All diese Aussagen sind auch bei einer Vollwellensteuerung eines PV-Heizstabs zutreffend, wenn der Zähler als TrueRMS-Zähler zugelassen ist. Das schreibt das Eichgesetz vor.

Der vermeintliche Gedankenfehler in den bisherigen Betrachtungen war, dass der Strom für den PV-Heizstab separat betrachtet und gemessen wird. Das ist aber nicht der Fall. Ein saldierender Zähler misst für jede Phase den resultierenden Gesamtstrom in der jeweiligen Versorgerphasenanschlussleitung und berechnet dann mit der jeweiligen Phasenspannung die sich ergebende Phasenleistung. Saldiert wird über alle drei Phasen, siehe oben.

Sollte es also Abweichungen in der Energieerfassung geben, ist das ein Grund, eine falsche Messung des saldierenden Zählers zu monieren.

Ich hoffe, dass sich hier kein Gedankenfehler bei mir eingeschlichen hat.

[klassisch]

Wenn ich Deine Ausführungen richtig verstanden habe, entspricht das auch meinem Gedankengang. Wobei ich nicht weiß, ob wir zur selben Schlußfolgerung kommen.

Ja, genauso habe ich mir das vorgestellt bzw genauso würde ich (und Du) einen Zähler auf Basis der Physik bauen, falls es keine widersprechenden Anforderungen gibt.
Ich gehe davon aus, daß der Zähler alle 3 Spannungen und Ströme mißt bzw. nach einem anti alias Filter abtastet. Die Abtastzeit kenne ich allerdings nicht, und das ist die Zeit, die ich oben als Mittelungszeit für die Energie gesehen habe. Leistung ist ja nur "Spielkram" und wird wahrscheinlich über die Ausgabezeit gemittelt, die letzte Netzperiode oder ganz anders. Das ist aber auch nicht die Frage. Für die Energie muß man nicht mitteln, nur addieren und mit der Abtastzeit multiplizieren.
In welche Richtung die Energie zählt, zeigen die Vorzeichen von Strom und Spannung. Der Energiebeitrag für einen Strang ist dann dE = U(t) * I(t) * dt. U(t) gegen N gemessen. Die würde ich für jeden Strang einzeln rechnen und dann alle 3 Stänge addieren. Je nach Vorzeichen wird entweder das Einspeise oder das Bezugsregister erhöht (oder keines). (Bei einem nicht saldierenden Zähler würde dies pro Phase geschehen und man hätte jeweils 3 Register für Einspeisung und Bezug.)
Wie gesagt, falls es keine anderen Vorgaben gibt und man die Physik walten läßt, was ich nicht weiß. Heute ist ja alles politisch überreguliert. Was meist zu Verschlimmbesserungen führt.

Und in diesem Fall hätte Deine Puls Pausen Regelung das von mir oben genannte Problem und würde auch das Bezugsregister erhöhen. Wenn Deine Heizleistung zum Abtastzeitpunkt höher ist als die Einspeiseleistung (Einspeiseleistung = PV-Leistung - Verbrauch (ohne Heizer)). Oder einfacher ausgedrückt. Jeder Abteastzeitpunkt, bei dem Du Energie aus dem Netz beziehst wird das Bezugsregister erhöhen, s.o.
Ich nehme an, daß Du mit Deiner Puls-Pausen Steuerung per Mittelung die mittlere Heizerleistung der mittleren PV-Überschußleistung angleichen willst. Technisch klappt das (im Mittel), aber die Kosten werden wahrscheinlich nicht gemittelt, sondern per Abtastzeitpunkt zugeteilt. Ob es Mechanismen zur Ausreißerunterdrückung geben, weiß ich nicht.

Ich nehme ferner an, daß Dein Bezugspreis höher als der Einspeisepreis ist. Ansonsten würdest Du einfach alles einspeisen.

Fazit: Wenn die Zähler physikalisch sinnvoll agieren, zahlst Du bei Puls Pausen Modulation drauf.

Spannend ist die Frage, wie ein Thyrisorsteller agieren müßte, denn letztlich mittelt der über eine Periode.