Sterowanie nadwyżką PV: histereza, opóźnienia i progi przełączania odbiorników

Sterowanie nadwyżką zaczyna się od jednej linijki: jeśli nadwyżka przekracza dwa tysiące watów, włącz grzałkę. Jest poprawna, jest oczywista i daje przekaźnik klikający co dziesięć sekund, dopóki coś nie ustąpi.

Powód tkwi w samym zdaniu. Odbiornik zużywa dokładnie tę nadwyżkę, która go dopuściła, więc warunek, który go włączył, jest fałszywy jeden pomiar później. Cała reszta jest o tym, że układ regulacji nie może użyć tej samej liczby jako wyzwalacza i jako skutku, nie mówiąc, jak daleko wolno im od siebie odejść.

Sprzężenie zwrotne, którego nikt nie planuje

Grzałka dwukilowatowa włączona przy nadwyżce 2200 W zostawia 200 W. Automatyzacja odczytuje 200 W, znajduje wartość poniżej progu i wyłącza. Nadwyżka wraca do 2200 W, warunek znów jest spełniony, i zabawa powtarza się, dopóki trzyma słońce. Nic tu nie jest zepsute; reguła zadaje po prostu pytanie, którego odpowiedź zmienia samym pytaniem.

Kosztowna staje się przez liczbę sztuk. Stycznik przewidziany na 100 000 łączeń mechanicznych brzmi hojnie, dopóki układ nie wytwarza jednego co kilka sekund – w skali górnej tablicy zużywa się po dobrych dwóch miesiącach, a zespawany styk zawodzi jako odbiornik pracujący całą noc.

Dwa progi zamiast jednego

Histereza rozsuwa punkt załączenia i punkt wyłączenia na tyle, by zmieścił się między nimi własny pobór odbiornika. Próg załączenia to moc odbiornika plus zapas; próg wyłączenia to nie ta sama liczba, tylko niewielki pobór z sieci – jedyny uczciwy znak, że nadwyżka faktycznie się skończyła.

wł.   nadwyżka ≥ moc odbiornika + zapas   przez ≥ 3 min
wył.  pobór   ≥ 200 W                     przez ≥ 5 min
      i czas pracy ≥ 15 min

grzałka 2000 W, zapas 200 W
  włączenie przy nadwyżce 2200 W
  po włączeniu: 2200 − 2000 = 200 W nadwyżki  → brak powodu do wyłączenia
  bez histerezy: 200 W < 2200 W                → natychmiast z powrotem wyłączone

Odstęp między progami musi wynosić co najmniej moc znamionową odbiornika. Wszystko węższe prowadzi do tego, że własny pobór znów schodzi poniżej progu wyłączenia – to samo drganie, tylko z większą liczbą rachunków przed nim.

Trzy czasy, trzy różne zadania

To, że oba opóźnienia nie są równe, ma powód. Zbyt późne załączenie kosztuje kilka minut oddawania po taryfie za oddanie, zbyt późne wyłączenie kilka minut poboru po cenie zakupu – a ta jest trzy do czterech razy wyższa. Jeśli jedno z dwóch ma ustąpić, to opóźnienie wyłączenia.

Minimalny czas pracy to wielkość, która najczęściej wypada, i najważniejsza dla wszystkiego ze sprężarką. Pompa ciepła albo odbiornik lodówkowego rodzaju płaci za każdy start zużyciem i prądem rozruchowym, a sama histereza nie powstrzyma reguły przed uruchamianiem go cztery razy na godzinę w dzień z porozrywanym zachmurzeniem.

Która liczba jest w ogóle mierzona

Nadwyżka to własność przyłącza, a nie dachu. Odczytać należy licznik przy przyłączu domowym, ze znakiem: ujemny przy oddawaniu, dodatni przy poborze – albo dwie osobne wartości, z których nigdy obie nie pokazują czegoś naraz. Wszystko wyprowadzone z samej mocy falownika nie widzi domowego zużycia pod spodem i włącza odbiornik prosto w pracującą zmywarkę.

O przydatności tego odczytu decydują dwa szczegóły. Interfejsy liczników meldują we własnym rytmie – od dwóch do trzydziestu sekund – a reguła odpytująca szybciej, niż licznik melduje, porównuje świeżą wartość ze starą. I krótkie uśrednienie jest tu warte więcej niż dokładność: pięciosekundowa średnia mocy sieciowej nadaje się znacznie lepiej niż wartość chwilowa, w której siedzi głównie czajnik.

Co wsuwa między to magazyn

Z magazynem w domu nadwyżka na liczniku to, co zostaje po ładowaniu – magazyn i przełączany odbiornik spierają się więc o te same waty, a wygrywa ten, kogo reguły puszczą pierwszego. Gdy pierwszeństwo ma magazyn, grzałka nie ruszy nigdy; gdy ma je grzałka, magazyn nie napełni się przed wieczorem.

Układ, który przetrwa zimę, stawia warunek stanu naładowania ponad warunkiem mocy: odbiornik może pracować dopiero powyżej pewnego poziomu naładowania, magazyn dostaje przedpołudnie, a odbiornik południe. Ten jeden dodatkowy warunek zapobiega przy okazji przypadkowi, którego nikt nie zauważa – odbiornikowi wesoło zużywającemu nadwyżkę, którą magazyn dawno zapisał, i rozładowującemu ją ze stratą obiegu dziesięciu do piętnastu procent bez żadnego pożytku.

Odbiorniki regulowane nie mają progu

Ładowarka samochodowa nie przełącza, tylko reguluje – ale wyłącznie w granicach, a dolna zamienia to z powrotem w zadanie łączeniowe. Sześć amperów to najmniejszy prąd ładowania, czyli około 1,4 kW jednofazowo i 4,1 kW trójfazowo, a poniżej samochód nie ładuje się wolno, tylko wcale.

Próg załączenia ładowarki trójfazowej leży więc przy 4,1 kW nadwyżki, a nie przy zerze, i wszystko między zerem a tą wartością to zakres, w którym istnieje tylko jedna faza albo nic. Przejście między jedną a trzema fazami samo w sobie jest skokiem obciążenia o niemal trzy kilowaty i potrzebuje własnej histerezy oraz własnego minimalnego czasu pracy – tych samych trzech wielkości co przy grzałce, zastosowanych do decyzji, która wygląda jak płynne pokrętło, a nim nie jest.