Projeto CoMoSisFog
Controle e Monitoramento de um Sistema Fotovoltaico off grid
Sistema fotovoltaico off grid
O sistema é constituído por 8 painéis “Canadian CS6K-270” de 270Wp cada. Eles estão interligados de forma a estabelecer dois conjuntos iguais de 4 painéis. Cada conjunto tem cada 2 painéis interligados em série e por sua vez interligados em paralelo. Cada conjunto alimenta um controlador “Controlador de Carga MPPT Epsolar Tracer-4210A 40A 12/24V” através de um stringbox de proteção. Os 2 controladores fazem a carga de um banco de baterias constituído de 6 baterias estacionarias “Heliar Freedom DF4100” de 240Ah cada. Estas baterias estão interligadas de forma a obter um banco de 24V. Os controladores estão interligados ao banco de baterias através do stringbox de proteção de forma invertida entre eles (um controlador alimenta o + da 1ª bateria e o – da última bateria e o outro controlador alimenta o – da 1ª bateria e o + da última bateria). Ao banco de baterias está ligado, via um disjuntor DC de 80A, um “Inversor Senoidal Epsolar SHI2000-22 – 2000VA / 24Vcc / 220Vca” que alimenta os refletores LED (tipo1 e tipo2) do jardim (~ 550W) em 220Vca através de disjuntores de proteção. O controle e monitoramento deste sistema é feito através de um “controlador dos refletores” e um “monitor dos parâmetros elétricos de carga e descarga do banco de baterias”. O controlador e o monitor estão integrados no projeto CoMoSisFog que usa técnicas de IOT.
Descrição do Projeto CoMoSisFog
Monitor dos parâmetros elétricos de carga e descarga do banco de baterias – MoPel V1.1
O MoPel (ESP32 – placa TTGO com display OLED e bateria anexa – eeprom I2C 24LC256) faz a monitoração da voltagem, corrente, potência e energia fornecidas ao banco de baterias por cada um dos controladores de carga e consumidas pelo inversor através de 3 sensores INA226 e um RTC SD3231M. Além disso ele monitora o estado de carga do banco de baterias. Os dados coletados são mostrados, em intervalos de tempo configurados, em um display OLED local, enviados para um Broker externo (CloudMQTT) para serem acessados via celular, para o ThingSpeak para serem plotados e analisados via Matlab e para um AT Xmega 128A1 local via serial (que também faz parte do controlador dos refletores) para serem armazenados em SD para análise posterior. Todos os componentes do MoPel são alimentados em 5vdc obtidos via o banco de baterias (12vdc) através de um regulador de tensão step down buck Xl4015-5a .
Serial Xmega
ThingSpeak
ThingSpeak
Matlab
MQTT Dash
ESP32 – placa TTGO
Monitor serial
Monitor serial
CloudMQTT
Controlador dos refletores – CoRef
O controlador é formado por duas partes. A parte local fica junto ao monitor dos parâmetros elétricos e faz o acionamento dos refletores LED individualmente ou em conjuntos considerando as configurações estabelecidas via a parte remota ou localmente. Ele se comunica com o monitor dos parâmetros elétricos via serial (UART) e com a parte remota (outro AT Xmega 128A1) via Xbee (a comunicação via Xbee é para garantir o funcionamento do controlador dos refletores mesmo na ausência de sinal WiFi e quando a distância for grande). A parte remota do controlador dos refletores (com microcontrolador AT Xmega 128A1) é portátil com bateria recarregável, LCD, teclado, Xbee, NodeMCU (ESP8266) faz todas as configurações do sistema e controla os refletores LED. O controle dos refletores é feito através do NodeMCU configurado como AP (ponto de acesso) e servidor. O servidor é acessado diretamente (sem internet nem roteador) para controle dos refletores via uma página html usando celular. Dessa forma, o sistema todo fica independente de energia, internet, WiFi e roteador.
Pergunta que não quer calar: porque AT Xmega 128A1 e Xbee? Resposta: porque tenho vários ociosos, então vou aproveitá-los. O AT Xmega 128A1 está numa plaquinha excelente (CrumbX128A1) da Chip45 . Para programá-lo uso: AVR ATmega Xmega Bootloader – chip45boot2, CodeVisionAVR Compiler by HP Infotech e XCTU . A programação é em ANSI C.
Controlador dos refletores CoRef-local
O CoRef-local é composto de:
Hardware
- 1 CrumbX128A1
- 1 LCD
- 1 Mini teclado
- 1 XbEE09P
- 1 buzzer
- 1 Relé fotocélula 12vdc
- 2 Conversor de tensão 12vdc / 5vdc
- 2 Conversor de tensão 12vdc / 3.3vdc
- 2 Con versor de nível 5vdc / 3.3vdc
- 12 Relés 12vdc / 220vac – 7A
- 12 CNY17-3
- 13 2N222A
- 12 1N4001
- 14 resistores 1K
- 12 resistores 330
- 2 micro push button
- 1 mini push button
Software
- Bootloader
- chip45boot2 GUI
- CodeVisionAVR
- XCTU
- Biblioteca twilcd.h
- Biblioteca twilcd.lib
- Biblioteca portas.h
- Biblioteca portas.lib
- Programa CoRef-local (em desenvolvimento)
Sketch servidor DOIT ESP32 V1.0
Projeto CoMoSisFog revisado – V2.5
Diagrama de blocos :
Componentes :
Programas 2.5.4 (veja a descrição nos próprios sketches) :
Parte 1 – ESP32_PARTE1.ino
Parte 2 – ESP32_PARTE2.ino
Biblioteca – LCD03_N1.h
Projeto CoMoSisFog revisado – V3.1.0
Diagrama de blocos :
Componentes :
Circuitos impressos:
Programas 3.1.0 (veja a descrição nos próprios sketches) :
Parte 1 – ESP32_PARTE1.ino
Parte 2 – ESP32_PARTE2.ino
Biblioteca – LCD03_N1.h
Projeto CoMoSisFog revisado – V3.1.3
Diagrama de blocos :
Componentes :
Circuitos impressos:
Equipamentos montados:
Foto1, Foto2, Foto3, Foto4, Foto5, Foto6, Foto7
Programas 3.1.3 (veja a descrição nos próprios sketches) :
Parte 1 – ESP32_PARTE1_V3.1.3.ino
Parte 2 – ESP32_PARTE2_V3.1.3.ino
Biblioteca – LCD03_N1.h
Projeto CoMoSisFog revisado – V4.0.0
Diagrama de blocos :
Componentes :
Circuitos impressos:
Equipamentos montados:
Foto1, Foto2, Foto3, Foto4, Foto5, Foto6, Foto7
Programas 4.0.0 (veja a descrição nos próprios sketches) :
Parte 1 – ESP32_PARTE1_V4.0.0.ino
Parte 2 – ESP32_PARTE2_V4.0.0.ino
Biblioteca – LCD03_N1.h
Projeto CoMoSisFog revisado – V5.0.1
Controle e Monitoramento de um Sistema Fotovoltaico off grid
O sistema é constituído por 8 painéis “Canadian CS6K-270” de 270Wp cada. Eles estão interligados de forma a estabelecer dois conjuntos iguais de 4 painéis. Cada conjunto tem cada 2 painéis interligados em série e por sua
vez interligados em paralelo. Cada conjunto alimenta um controlador “Controlador de Carga MPPT Epsolar Tracer-4210A 40A 12/24V” através de um stringbox de proteção. Os 2 controladores fazem a carga de um banco de baterias constituído de 6 baterias estacionarias “Heliar Freedom DF4100” de 240Ah cada. Estas baterias estão interligadas de forma a obter um banco de 24V (dois conjuntos (cj1 e cj2) em série de três baterias em paralelo cada um, balanceados por equalizador). Os controladores estão interligados ao banco de baterias através do stringbox de proteção de forma invertida entre eles (um controlador alimenta o + do cj1 e o – do cj2 e o outro controlador alimenta o – do cj1 e o + do cj2). Ao banco de baterias está ligado, via um disjuntor DC de 80A, um “Inversor Senoidal Epsolar SHI2000-22 – 2000VA / 24Vcc / 220Vca” que alimenta os refletores LED do jardim (560W) em 220Vca através de fusíveis de proteção. O controle e monitoramento deste sistema é feito através de duas Partes: Parte 2 – “controlador dos refletores” e Parte 1 – “monitor dos parâmetros elétricos de carga e descarga do banco de baterias”. O controlador e o monitor estão integrados no projeto CoMoSisFog que usa técnicas de IOT.
Parte 1 – Quiosque (onde estão os painéis solares)
ESP32 local – monitor
Esta parte utiliza uma placa DOIT ESP32 DEVKIT V1, display Oled, um RTC DS3231, uma eeprom 24C32 – 4K que vem com o RTC DS3231, dois expansores I2C PCF8574, 3 placas de 4 relés com isolação ótica, 1 relé com isolação ótica, uma fotocélula, 3 sensores INA226, um Xbee, um botão NA, um micro SD e um conversor de tensão 12Vdc/5Vdc. Ela faz o monitoramento dos tres INA226 (INA1 – carga do banco de baterias via Tracer1, INA2 – carga do banco de baterias via Tracer2, INA3 – descarga do banco de baterias via inversor) usando o RTC DS3231M, mostrando as leituras atuais de corrente, voltagem, potência e energia armazenada e consumida no display Oled e enviando, via Xbee, para o ESP32 da Parte 2. Grava no SD as voltagens máximas e mínimas das INAs e energia gerada e consumida em 24h (para análise e calibração de ciclos liga/desliga). Em função desses dados, da fotocélula, dos dados configurados pelo ESP32 remoto (Parte 2 via Xbee), controla e disponibiliza energia, em horários pré-configurados, para os refletores, executa comandos e solicitações do ESP32 remoto e gerencia a energia fornecida pelas baterias.
Parte 2 – Laboratório (na residência)
ESP32 remoto – controlador
Esta parte utiliza uma placa DOIT ESP32 DEVKIT V1, uma eeprom At24c256 – 32KB, um Nanoshield ADC circuitar, um display LCD03 com keypad, um buzzer, dois botões NA, um integrado MC1449 (debouncer), um Xbee, uma fonte 5Vdc com bateria ion-litio 3S, uma micro-ventoinha 12Vdc e um celular. Ela atua como entrada de configurações, solicitações e comandos, via keypad, para a parte 1 via Xbee. Faz o display, no LCD03, dos dados enviados pela parte 1 e comanda os grupos de refletores pelo keypad. Além disso, através da biblioteca Blynk se comunica com um celular com aplicativo Blynk para controle dos grupos de refletores via WiFi.
Diagrama de blocos :
Constando no diagrama de blocos da Parte 2, MQTT e ThingSpeak não foram implementados nesta versão, mas foi acrescentada uma interação Blynk com celular para controle dos grupos de refletores.
Componentes :
Circuitos impressos:
Equipamentos montados:
Foto1, Foto2, Foto3, Foto4, Foto5, Foto6, Foto7
Programas 5.0.1 (veja a descrição nos próprios sketches) :
Parte 1 – ESP32_PARTE1.ino
Parte 2 – ESP32_PARTE2.ino
Biblioteca – LCD03_N1.h