Para interesados en la técnica · Arquitectura y lógica de control
Cómo decide HELYQ
cuándo fluye la energía y hacia dónde.
Un PLC WAGO combina las mediciones eléctricas con las previsiones meteorológicas, las tarifas por cuarto de hora y la demanda de carga de los calentadores. A partir de ello, el software CODESYS parametrizable coordina el consumo, el almacenamiento y la inyección.
01 / Instalación y flujos de energía
Dos formas de almacenamiento.
Tareas diferentes.
La instalación fotovoltaica abastece la red del edificio conectada a través del inversor híbrido. Allí, los calentadores absorben energía eléctrica y la almacenan en forma de calor. La batería de alto voltaje está conectada en el lado de corriente continua del inversor y vuelve a suministrar energía eléctrica más tarde.
La batería apoya a los consumidores comunes como la iluminación, la calefacción y la bomba de circulación, la secadora comunitaria de monedas y los dos apartamentos vacacionales cuando están en uso. Con carga suficiente, los 8 kWh utilizables bastan para una noche con una carga típica.
Las conexiones eléctricas separadas de las viviendas alquiladas de forma permanente se mantienen. Sus calentadores se integran en el sistema energético común.
| Componente | Ejecución en el proyecto |
|---|---|
| Edificio | 7 viviendas: 5 alquiladas de forma permanente, 2 apartamentos vacacionales de uso ocasional; Alta Estiria, aprox. 600 m de altitud |
| Instalación fotovoltaica | 11 kWp, orientación sur, aprox. 50° de inclinación del tejado |
| Rendimientos diarios máximos observados | Unos 65 kWh en verano y 45 kWh en invierno con condiciones meteorológicas adecuadas; no son valores diarios medios |
| Inversor | SOFAR, trifásico, 15 kW máximo, 2 strings fotovoltaicos, equipo híbrido |
| Batería de alto voltaje | SOFAR, 10 kWh nominales; 8 kWh utilizables con un 20–100 % de estado de carga |
| Agua caliente | 7 calentadores eléctricos, cada uno conmutado y medido por separado |
| Controlador | PLC WAGO; programación en CODESYS; regulación parametrizable |
El PLC procesa información y controla equipos. La corriente de potencia no pasa por el controlador.
02 / Medir y anticiparse
Mediciones locales.
Previsiones externas.
MODBUS RTU
El inversor, la batería y los contadores de energía están conectados mediante MODBUS RTU a 19.200 baudios. Para cada calentador se prevé un contador de energía monofásico de hasta 100 A; otro contador registra la electricidad de las zonas comunes.
El controlador lee, entre otros, la tensión, la corriente, la potencia y la frecuencia. El inversor proporciona datos sobre la potencia fotovoltaica y las tensiones de string. De la batería se muestran, entre otros, la tensión, la corriente de carga y descarga, el estado de carga y el estado de salud.
Meteorología y tarifas mediante API
La previsión de nubosidad abarca el día actual y los tres días siguientes. Entre la salida y la puesta del sol, la consulta se realiza cada hora.
Las tarifas eléctricas también se consultan cada hora. Deben estar disponibles los valores por cuarto de hora del día actual y, en cuanto se publican (normalmente a partir de las 18:00), los del día siguiente.
Una previsión de nubosidad apoya la estimación del rendimiento solar; no es una medición de la energía realmente generada.
03 / Conmutar dentro de límites definidos
Cada calentador por separado.
La distribución en su conjunto.
Cada calentador tiene su propio contactor. En el proyecto se utilizan contactores unipolares de 32 A. La potencia eléctrica nominal de cada calentador se guarda como parámetro.
Los calentadores pueden agruparse en grupos de distribución. Para cada grupo se define una potencia máxima encendida simultáneamente, por ejemplo 6 kW para una sección de distribución existente. Estos grupos son independientes de los dos strings fotovoltaicos del inversor.
Además, dos parámetros independientes limitan la potencia total de los calentadores encendidos simultáneamente y la potencia de consumo de red admisible.
Un tiempo mínimo de encendido parametrizado impide, en el funcionamiento normal de la regulación, que un calentador vuelva a apagarse en un plazo de cinco minutos y reduce las conmutaciones innecesarias.
Los límites de potencia deben ajustarse a la instalación real. El controlador complementa la gestión de cargas; los dispositivos de protección eléctrica y un dimensionamiento profesional siguen siendo necesarios.
04 / Carga de calentadores
Conciliar la demanda de agua caliente
y la oferta solar.
Detectar eléctricamente el final de la carga
Cuando se enciende un calentador habilitado, el controlador observa su consumo de corriente. Si hay tensión y ya no circula corriente, lo marca como cargado. Así se aprovecha la desconexión del termostato existente del calentador sin instalar una medición de temperatura adicional en cada calentador.
La detección de carga se basa en el comportamiento eléctrico. No sustituye una medición directa de la temperatura del agua. El calentador TOP7 dispone además de un sensor de temperatura, porque allí era fácil instalarlo.
Suministro diario automático
En la regulación automática, después de las 12:00 debe haberse realizado al menos una carga completa. Si no se ha conseguido antes de la puesta del sol, la carga se completa desde la batería o la red.
Por la tarde, la previsión para el día siguiente influye en la carga posterior. Si se espera poco rendimiento solar, el calentador puede cargar aunque la potencia fotovoltaica actual sea inferior a su potencia nominal. La energía restante se complementa. Si se espera suficiente rendimiento solar y el calentador ya se ha cargado por completo después del mediodía, solo se realiza otra carga si la fotovoltaica la cubre por completo. Así queda más capacidad de batería disponible para otros consumidores.
Tres modos de carga seleccionables
| Modo de carga | Comportamiento |
|---|---|
| Solo carga solar | Cargar cuando hay suficiente energía solar disponible y los demás calentadores ya están cargados. |
| Carga única | Una carga inmediata y única. También se activa automáticamente cuando se vuelve a poner bajo tensión la conexión de un calentador que se había desconectado en el cuadro. |
| Carga permanente | El controlador procura la carga independientemente de la hora del día y del rendimiento solar, por ejemplo ante una demanda temporalmente mayor en un apartamento vacacional. |
Además, cada calentador puede encenderse o apagarse. Los modos de carga respetan los límites de potencia configurados.
Carga especial selectiva ante una mayor demanda
Una carga especial diaria puede realizarse a una hora fija, por ejemplo a las 23:00 con una energía de carga máxima de 4 kWh. Así se puede recargar de forma específica un calentador para una demanda de agua caliente especialmente alta, independientemente de la oferta solar del momento.
4 kWh designa la cantidad de energía del proceso de carga. La potencia eléctrica y las potencias de grupo y totales admisibles se consideran por separado.
05 / Inyección y control por tarifas
No todos los kilovatios hora inyectados
valen lo mismo.
En el proyecto, la electricidad se compra con una tarifa de suministro fija. El componente de energía es de 14 ct/kWh; con los costes de red y otros componentes se calculan unos 45 ct/kWh. Para la inyección, en cambio, rige una tarifa dinámica con medición por cuarto de hora.
La remuneración corresponde al precio de referencia acordado menos 2 ct/kWh. Un límite de precio parametrizable permite controlar la inyección de forma rentable.
Aprovechar una franja favorable por la mañana
Si la generación solar prevista del nuevo día supera los 30 kWh y se espera durante más de dos horas un precio inferior al umbral configurado, se inyecta de forma deliberada ya en las primeras horas de la mañana. Para ello, la carga de los calentadores y de la batería puede aplazarse.
El umbral de 30 kWh se refiere a la energía diaria prevista. No es un umbral de potencia instantánea.
Limitar la inyección con tarifas bajas
Si el precio de referencia cae por debajo del límite configurado (2 ct/kWh en el ejemplo), el inversor pasa al modo de inyección cero. La energía puede consumirse o almacenarse en el propio edificio dentro de los límites de funcionamiento admisibles. Los excedentes que no puedan absorberse se limitan.
Con un precio de referencia de 2 ct/kWh y una deducción de 2 ct/kWh, la remuneración calculada por inyección es cero; por debajo, es negativa. Por eso, el control por tarifas es especialmente relevante con un contrato de inyección dinámico.
La limitación reduce la inyección en estas franjas horarias. El objetivo es un mayor beneficio económico de la energía generada y una menor carga para la red por excedentes evitables.
06 / Manejo, evaluación y ampliación
Entender el funcionamiento.
Seguir el consumo.
Vista remota
La vista general de la instalación es accesible por internet. Muestra los estados de los calentadores, los modos de carga y los parámetros, así como el estado de las API y los datos del inversor y la batería. Sirve para manejar y supervisar la instalación.
Datos diarios y mensuales
Para cada contador de energía se registran valores diarios y doce meses móviles. Incluyen las lecturas de fin de mes y las proporciones de consumo procedentes de la red, la batería y la fotovoltaica. Para el sistema completo se evalúan el rendimiento fotovoltaico y el uso de la energía para agua caliente, así como la electricidad de las zonas comunes y las viviendas conectadas.
Para cada calentador están disponibles los tiempos de carga diarios, el consumo de energía y las conmutaciones. Los informes mensuales se envían por correo electrónico; un registro de errores y los avisos de error apoyan el funcionamiento.
La asignación a fotovoltaica, batería y red resulta de la evaluación del sistema. Un contador individual mide en primer lugar el consumo eléctrico total del consumidor conectado.
Parametrización
- Comunicación MODBUS y equipos asignados
- Viviendas y grupos de distribución eléctrica
- Número de calentadores, potencia nominal y asignación a grupos
- Contadores de energía y asignación de mediciones
- API meteorológica y de tarifas, y ubicación
- Límites de potencia, modos de carga y cargas especiales
- Remitente y destinatarios de los informes mensuales y avisos de error
Datos adicionales del edificio
Un módulo M-Bus registra mensualmente los contadores de calor y envía los valores por correo electrónico. Se trata de una lectura a distancia, no de un control de la calefacción.
Un módulo Pt1000 registra las temperaturas exterior, de impulsión y de retorno de la calefacción, así como la temperatura del calentador TOP7. Sobre esta infraestructura pueden basarse otras visualizaciones.
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