A smart Thermostat "Helper" with Linear Power Adjustment, "Wi-Fi Voltage Controller"

오픈 소스 프로젝트: 선형 전력 조정 기능이 있는 스마트 온도조절기 "Helper" 및 "Wi-Fi 전압 컨트롤러" 제작

요약: 태양광 시스템의 계통 전력을 실시간으로 모니터링하여 선형적으로 전력 출력을 제어할 수 있는 장치를 만들어, 태양광 시스템이 계통으로 송출하는 전력량을 최소화하는 것을 목표로 합니다.

소개

IAMMETER는 고객의 태양광 시스템 효율 최적화를 지원해 왔습니다. 송전 전기 요금과 전기 비용 간의 격차가 증가함에 따라, 계통 전력 소비를 최소화하고 태양광 시스템의 자가 소비율을 극대화하려는 요구가 커지고 있습니다.

자가 소비율을 높이는 방법은 일반적으로 두 가지가 있습니다:

배터리 저장 시스템 도입 (IAMMETER는 배터리 저장 시스템 도입이 비용 효율적인지 평가하는 데 도움이 되는 기능을 제공합니다: 보고서: 실제 사용량 기반 배터리 저장 혜택 예측)
부하를 합리적으로 제어, 이상적으로는 계통 전력에 따라 실시간으로 조정

이 글은 주로 두 번째 방법을 다루며, 선형적으로 전력 출력을 제어할 수 있는 장치를 제작합니다. 이 장치에는 다음과 같은 기능이 있습니다:

Wi-Fi 기능 제공 (ESP32 사용) — Wi-Fi를 통해 전력 출력 제어
전압 조정 모드를 통해 최대 전력 출력을 선형적으로 제어 (전압을 제어하므로 순저항 부하(예: 보일러의 발열체)에 권장)
단상 3.5kW 순저항 부하까지 지원 가능, 온도조절기와 직렬로 사용 가능
수동 모드 지원 — 최대 출력 전력을 수동으로 설정 가능. 자동 모드 지원 — 다른 계량기 또는 시스템 계통 전력 데이터에 따라 최대 출력 전력 설정을 실시간으로 조정

시스템 다이어그램

전압 조정 모듈 (최대 3.5kW 순저항 부하 지원)

단상 220V 시스템에서 최대 3.5kW 순저항 부하를 지원할 수 있는 표준 전압 조정 모듈을 채택했습니다.

이 모듈은 표준 아날로그 신호 입력(4-20mA, 1-5V) 및 RS485 디지털 제어 인터페이스도 제공합니다.

전압 조정기 모듈 내부에 Wi-Fi 모듈(ESP32)을 통합했습니다.

Wi-Fi 모듈을 추가한 후 전체 전압 조정 모듈의 모습은 다음과 같습니다 (Wi-Fi 모듈은 이미 플라스틱 케이스 내부에 설치되어 있습니다).

실험

솔루션을 더 개방적으로 만들기 위해, 초기에는 ESP Home 펌웨어를 사용하여 테스트했습니다.

간단한 구성 후 Home Assistant에서 최대 출력 전력을 직접 제어할 수 있으며, 전력 조정 단계는 10W입니다.

향후 관련 ESP Home 구성 파일을 Github에 게시할 예정입니다.

control the power value output in linear

IAMMETER 제품과의 통합

이 "Wi-Fi 전압 컨트롤러"를 만드는 주요 목적 중 하나는 IAMMETER 시스템에 선형적으로 전력 출력을 제어할 수 있는 부하를 제공하는 것입니다.

이후 이 "Wi-Fi 전압 컨트롤러"는 통합된 IAMMETER API 인터페이스를 통해 모든 IAMMETER 스마트 계량기(WEM3080, WEM3080T, WEM3046T, WEM3050T)와 연동되어, modbus/tcp 인터페이스를 통해 실시간 계통 전력 데이터(1s/s)를 읽고, 히터에 공급되는 최대 전력 출력을 실시간으로 조정하여 태양광 시스템의 송전 전력을 최대한 활용할 수 있습니다.

물론 이 "Wi-Fi 전압 컨트롤러"는 IAMMETER 제품에만 국한되지 않으며, 이론적으로 Home Assistant에 통합될 수 있는 모든 하드웨어와 함께 사용할 수 있습니다.