Поиск

Тестирование батареи Tesla Powerwall в режиме Backup-only (без электросети)


Продолжаю цикл статей про жизнь с солнечными панелями на крыше и батарейкой Tesla Powerwall в гараже.

У Тесла-батареи есть четыре режима работы

1. Резервирование (backup-only). В этом режиме батарея заряжена примерно на 98-100%, и включается только когда пропадает сетевое электричество.

2. Увеличение собственного потребления (self-powered).  В этом режиме батарея работает с целью увеличить потребление электроэнергии от солнечных панелей, и минимизировать экспорт электроэнергии в сеть. Этот режим полезен там, где нельзя экспортировать энергию в сеть, или это невыгодно делать.

3. Контроль основанный на времени (балансированный) (time-based control (balanced)). В этом режиме можно выставить расписание пикового времени когда электричество дорогое, батарея запасает энергию от солнца, и снижает потребление энергии во время пика.

4. Kонтроль основанный на времени (экономия денег) (time-based control (cost savings)).  В этом режиме, помимо запасов солнечной энергии, батарея также может заряжаться от сети вне пиковых промежутков времени.

IMG_3684.JPG

Я решил протестировать первый режим работы (backup-only) путем отключения себя от электрической сети.  При работе без электросети, батарея должна сама создавать и контролировать частоту и напряжение в сети.  Изначально думал на неделю, но в итоге прекратил этот эксперимент после 62 часов.

Цели тестирования:
1. Проверить как работают все домашние приборы в этом режиме.
2. Посмотреть на сколько хватает заряда батареи
3. Измерить эффективность цикла заряд/разряд.
4. Проверить смогу ли я заряжать электромобиль.
5. Измерить максимальную мощность.
6. Измерить емкость
7. Посмотреть что произойдет когда заряд батареи приближается к 0%
8. Посмотреть что произойдет когда заряд батареи приближается к 100%

Пятница, 19 июля.

Итак, в 8 часов вечера выключаю рубильник. Свет в доме даже не моргнул, почти все продолжает работать нормально. Заряд батареи был 98.352% на момент выключения.

Сразу после отключения, частота подскочила до 65Гц. Это сделано специально, чтобы при полной батарее исключить дополнительную мощность в сети, которую будет некогда девать. 65Гц дает сигнал солнечным панелям немедленно выключится.  По мере снижения заряда батареи, примерно через 10 минут, частота пришла в норму.  65Гц создает проблемы при работе некоторых устройств и LED лампочек, однако эта проблема кратковременна.  Надо будет позвонить в службу поддержки Powerwall и попросить их изменить это, чтобы вместо 65Гц было 62Гц. Мои микро-инверторы отключаются при 61.8Гц.

IMG_3765.JPG

IMG_3784.JPG

У меня в доме есть базовая нагрузка примерно 500 ватт, это холодильники, раутеры, компьютеры, и другие приборы которые работают всегда. Ниже 500 ватт в час мне никогда не удавалось снизить потребление энергии. Помимо этого, кондиционер включается 3 раза в час, и потребляет около 1.5-2 кВт когда работает.  Сами Tesla Powerwall тоже потребляют порядка 10-12 ватт энергии каждая.

Допущенная ошибка: жена по привычке включила посудомоечную машину ночью. Она два часа поласкает посуду, причем греет для этого воду, и потом еще полчаса сушит посуду нагревательным элементом. Все это потребляет много энергии.  Объясняю жене что лучше включать посудомоечную машину днем, когда светит солнце.

IMG_3792.JPG

Кондиционер поддерживает 24.4 градуса внутри, на улице ночью было около 28-30.
IMG_3794.JPG

Прогноз погоды обещает много гроз и дождей. Температура, по прогнозам, будет от 26 до 31.

IMG_3795.JPG

К полуночи, заряд опустился до 64%.   С момента отключения было получено 8.2 кВтч от батареи.

IMG_3803.PNG

IMG_3805.PNG

Суббота, 20 июля.

С момента отключения в 8 вечера до 7:25 утра мой дом потребил 16.4 кВтч энергии (около 1.4 кВтч в час). Заряд батареи снизился до 32.053%.  Если с использованием этих точек посчитать сколько заряда теоретически доступно, то получится 24.7 квтч (98.351-32.052=66.299% * 16.4).  Солнечные панели включились около 7:20 утра, нижняя точка заряда батарей была 28.463% около 8:10 утра.

IMG_3817.PNG

IMG_3822.PNG

Суббота прошла без каких-либо происшествий. Все работало.  Однако, день выдался дождливым, солнечные панели выработали всего 43.5 кВтч энергии.  Батарею не удалось полностью зарядить, и максимальный заряд в субботу составил около 88% в 6 часов.

На графике, синяя полоса это заряд батареи (шкала справа), фиолетовая это производство солнечной энергии, и светло-зеленая это домашнее потребление энергии.  Графики доступны вот тут.

.
July 20 Graph.PNG

Потребление энергии составило 43.9 кВтч, производство солнечных панелей 43.5 кВтч.  На графике видны провалы производства из-за дождей.
IMG_3858.PNG

IMG_3856.PNG

Воскресенье, 21 июля.

Воскресенье оказалось солнечным днем.  Нижняя точка заряда была около 21% в 8:30 утра. К полудню батарея полностью зарядилась, и мне удалось протестировать что происходит при полном заряде.  Батарея плавно повышает частоту, до тех пора пока микро-инверторы не отключаются. В тот день это происходило при 60.5Гц. Микро-инверторы отключаются на 305 секунд, и эти пять минут батарея отдает энергию. Затем, микро-инверторы включаются, работают несколько минут, и весь цикл повторяется.

Эту проблему постоянного отключения солнечных панелей можно решить просто добавив мощности. Например, если бы я был дома, то мог бы просто включить зарядку электромобиля.  Или включить нагрев воды, или понизить температуру кондиционера. Но меня не было дома.

В последствии, я позвонил в службу тех поддержки, и они мне помогли изменить настройки микро-инверторов (grid profile). Теперь при повышении частоты в сети, микро-инверторы не отключаются, а плавно снижают мощность, или повышают ее. Это дает возможность, про работе с отключенной сети, и про полном заряде батареи, сбалансировать нагрузку и производство солнечной энергии (когда есть подключение к сети, эта проблема не стоит, так как сеть является по сути большой емкой батареей).

July 21 Graph.PNG

Я протестировал максимальную мощность. Одновременно включил кондиционер на полную мощность, нагрев воды, и электромобиль. Получил 16кВт мощности, солнечным днем.

Вечером к нам домой приходит тёща, и приносит маринованного лосося, которого надо запечь.  Использую для этого духовку, и она потребляет много энергии. Это было ошибкой, надо было лосося готовить на гриле. Еще лучше конечно было бы не пускать тещу внутрь …

Потребление энергии составило 52.4 кВтч, производство солнечных панелей 52.8 кВтч.  Оно могло быть выше, но было ограниченно днем между 1-4 потому что лишнюю энергию было некуда девать.

Я вижу что энергии с трудом хватит до утра — отключил нагрев воды, отключил холодильник для вин, утром в понедельник пришлось отключить кондиционер.

IMG_3834.JPG

Понедельник, 22 июля.

В понедельник утром заряд батареи упал до 15%.  Мне пришлось выключить кондиционер для экономии энергии. Утром к нам приходит домработница, и начинает активно стирать и сушить белье, и одновременно пылесосить.  Самый большой потребитель энергии это электросушилка для белья, и она кушает 4-5 кВт когда нагревает белье.

 В итоге, несмотря на солнечную погоду, утреннего солнце было недостаточно, и батарея продолжалась разряжаться. К в 8:30 утра, при домашнем потреблении в 7.2кВт и 5% заряда, батарея отключилась.

Свет погас.  Солнечные панели тоже отключаются когда нет ни сети, ни батареи.  Через 30 минут (наверно это время запрограммировано в батарее), Powerwall снова включилась, и проработала несколько минут. Однако, наверно домработница снова включила сушилку и батарея снова не выдержала нагрузки.

Тут я вернулся домой, и в ручную отключил все автоматы в щитке, и перегрузил батарею путем нажатия кнопочки. Батарея включилась, солнечные панели тоже. Энергия потекла и стала заряжать батарею. Я сказал домработнице чтобы подождала 15 минут для сушки белья.  Она подождала, и стала сушить белье. Все выглядело довольно неплохо к 10 утра, но тут случилась неприятность. Крупная тучка заслонила солнце, Powerwall, у которого заряд был около 7%, немного поработал, и опять не выдержал издевательства.  Ну после этого я решил что хватит мучаться, все цели эксперимента я и так уже достиг, и включил обратно сетевое электричество.

July 22 Graph.PNG

Общие результаты эсперимента позволяют вычислить эффективность батарей. Потери при зарядке и разрядке чуть менее 10%.

Итак, какие выводы при режиме работы без электросети?
1. Все домашние приборы работают.
2. Заряда двух батарей Powerwall мне лично хватает где-то на 12-16 часов  с кондиционером. Однако, при этом, после захода солнца, лучше не использовать духовку, сушилку белья, посудомойку. Они потребляют много энергии.
3. Эффективность соответствует заявленной в паспорте.  За 4 дня, я "залил" в батарею 73.4 кВтч и обратно получил 66.2 кВтч (начал с 98%, и закончил с 99% заряда).  Потери при зарядке/разрядке составили 7.2 кВтч или 9.81%.
4. Электромобиль заряжается без проблем, но лучше это делать днем когда светит солнце.
5. Я получил 16квт мощности днем когда одновременно работала и батарея и солнечные панели.  Наверно кратковременно можно и 20квт получить.
6. При снижении заряда ниже 10%, батарея отключается. Если ночь, то будет ждать до утра.  Если день, то через 30 минут включается обратно и пытается получить энергию от солнечных панелей для зарядки.
7. В режиме работы без сети, есть 10% буфер снизу и сложно зарядить батарею свыше 95%. Поэтому, реально лишь 85% емкости доступно для хранения и использования.  Также надо учитывать потери при работе инвертера (около 5%).  В итоге, реальная доступная энергия в этом режиме порядка 22квтч у двух батарей (11квтч у одной).  В других режимах работы вероятно доступен больший диапазон.
8. Когда заряд батареи приближается к 95%, и солнечные панели дают энергию превышающую потребности, то Powerwall дает сигнал на отключение солнечных панелей.  Это происходит путем плавного повышения частоты в сети.  В моем тесте солнечные панели (микро-инверторы) отключались полностью на 305 секунд при достижении частоты 60.5Гц.  Путем изменения конфигурации микро-инверторов мне удалось изменить это, и теперь они вместо полного отключения, плавно снижают мощность чтобы сбалансировать мощность панелей с нагрузкой. Эта функция (frequency ramp-down/ramp-up) поддерживается большинством современных инвертеров.

9.  Также, электромобиль, нагреватель воды, и кондиционер можно использовать как дополнительных потребителей энергии, для запаса лишней энергии если день выдался очень солнечным, чтобы не приближаться к 95%. Например, у водонагревателя есть изолированная емкость на 200 литров, и он хорошо держит температуру.  Если день солнечный и заряд Powerwall приближается к максимуму, то можно днем повысить температуру нагревателя до максимума, и затем выключить его в 6 часов вечера и до утра использовать запасы горячей воды.  Нагреватель воды управляется по Wifi, и при желании этот процесс можно автоматизировать.

Ну и самый основной вывод — не стоит пускать в дом тещу с лососем.

Затем я решил проверить работу в режиме self-powered

В этом режиме батарея запасает энергию, и отдает ее когда нужно. Сеть используется только когда есть излишки/дефицит энергии.

Вот так выглядит график потребления энергии до установки солнечных панелей.

July 18 2018 Graph.PNG

Вот так выглядит график потребления энергии после установки солнечных панелей (серые столбики в минус, это когда я отдаю энергию в сеть)
July 10 2019 Graph.PNG

Вот так выглядит график потребления в режиме self-powered.

Удалось достичь 96%  потребления своей собственной энергии.

Продолжение следует … буду тестировать time-based control.

engineering-ru.livejournal.com

Добавить комментарий