Inselsystem mit Tesla Batteriemodul(en)

Nun bin ich ja mittlerweile lange lange nicht mehr der erste damit, aber ich dachte mir, teilen kann ich es deshalb sicher trotzdem noch mit euch.

Und zwar eine kleine DIY Pv-Akku-Insel in meinem Heim.
Angefangen bei der Sonne kamen zuerst erstmal 4x 265 Wp Module ziemlich passgenau aufs Hüttendach im Garten. Das war recht simpel und ließ sich gut alleine handeln:


Rechts im Hintergrund kann man auch meine autarke Mähroboter-Hütte erahnen… Ende Juni, da war der Rasen noch etwas grün :unamused:

Erdkabel nach drinnen verlegen war jetzt nicht soo spannend. Also geht es direkt im Keller weiter, so wie es bei mir meistens geht: Mit Dingen quer wild auf dem Boden probehalber verdrahtet:

Mittlerweile steht dort ein halbwegs solider Aufbau mit einem unteren Abteil für bis zu 2x 9 Akku Module:


…und einem oberen Teil mit hauptsächlich Leistungsteil und Steuerung. Erinnert ein wenig an einen Spielautomaten :stuck_out_tongue: :

Das Teil, was so am meisten Mühe gekostet hat, hier nochmal in etwas näher:


Der BMS Monitor, welcher die Daten aus dem Tesla BMS ausliest und auf dem Display darstellt. Weiterhin hat er noch einen Hi-Fail und einen Lo-Fail Ausgang zum abschalten des Ladereglers bzw des Wechselrichters bei einer Fehlfunktion. Balancing habe ich noch nicht implementiert, ist ja aber nur ein Softwareding. Ich will erstmal gucken, ob der Akku aus selektierten Zellen bei den geringen Belastungen überhaupt driftet.

Aktuell laufen an der Insel Kühl- und Gefrierschrank, sowie sämtliches Multimedia-, Rechner-, Router- usw Gedöns. Licht ist noch in Planung, eigentlich alles, was keine frei zugängliche Steckdose ist und im kleinen bis mittleren Leistungsbereich arbeitet.

Noch ein wenig zu den verwendeten Teilen:

  • Jetion Solar 265 Wp polykristalline Module (günstige Lagerware mit optischen Mängeln, aber ich hab den Rahmen ja eh lackiert)
  • 1 kW Stepdown Schaltregler mit MPP Nachführung (Eigenentwicklung)
  • Tesla Akku Modul 2te Generation mit ~ 5,5 kWh
  • BMS mit Atmel MikroController und 4x 27 Zeichen LCD (Eigenentwicklung)
  • Victron Phoenix 24/1200 Wechselrichter

Geplant ist noch eine unterbrechungsfreie Netzumschaltung mit vorheriger Synchronisierung (Idee keimt noch), sollte aber nur für den absoluten Notfall sein. Fallback ist nicht so mein Ding :wink:
Und natürlich ein sukzessiver Ausbau mit weiteren Akku Modulen und weiteren Pv Strings an strategisch günstigen Stellen auf dem Grundstück.

Zu guter Letzt lasse ich mir wegen der Themenverwandtschaft hier nicht nehmen, nochmal auf Sucseekers Speicher Angebot hinzuweisen:

„Entwickler“ müssen zusammen halten :wink:

Hallo Beatbuzzer,

Immer wieder schön wenn man Einblicke in solche DIY Projekte bekommt. Genauso wie dein Mähroboter Häuschen. Darf ich fragen wie du an die Tesla Module gekommen bist? Kaufst du die Über Ebay, habe da zur Zeit welche gesehen, die kommen aber aus Litauen, und da wäre ich zumindest vorsichtig.

Gruß

Kurt

Hallo, Kurt!
Nein, das Modul habe ich von Akira hier aus dem Forum. Sehr netter Kontakt, das Modul top in Schuss, mit mittlerem Ladestand gelagert, Preis stimmt auch, eine klare Empfehlung. Grüße und Daumen hoch an dieser Stelle dafür!
Grüße, Ingo

Die eingefleischten Bastler halten sich hier im Forum ja doch eher zurück, oder es gibt gar nicht soo viele…

Hätte ich zwei Leben, wäre ich im anderen Leben schon am Basteln. Leider muss man sich die Zeit stehlen. Aber jucken tut es einen schon in den Fingern! Batteriemodule und Projekt, das hört sich sehr interessant an.

Danke fürs Teilen.

Ich sehe gerade, dass du erwähnst, dass BMS ist mit einem Atmel realisiert. Ich selber entwickele mit Atmel, ARM7 und CortexM4. Hast du ein vorhandenes Design verwendet oder etwas ganz neues aufgebaut?

Hallo Beatbuzzer,

Danke für die Info.

Gruß

Kurt

Das Tesla Modul ist doch 6s und damit nicht ideal für 24V Ladegeräte und Inverter. Wie weit kannst du mit der Spannung runter? Ich hab einen PIP von MPP Solar, der schaltet bei 22V schon auf Netzversorgung um. Wollte daher einen 7s Akku aufbauen. Ein Tesla Modul wär aber schon auch sehr toll!

Wenn ich zurück denke, dass ich schon Anfang Juni mit den ersten Teilen angefangen habe… denke ich mir auch auch: boa, man kommt ja zu nix :slight_smile:

Ich bin auf die 8bit-Familie rund um ATtiny und ATmega eingeschossen. Baue die Schaltungen da aber immer selbst auf und programmiere ab Null. Das Geld für Evaluationboards ala Arduino und co sehe ich irgendwie nicht ein, da sie in Form und Ausstattung am Ende eh meistens zu 90% nicht passen und man noch wieder dran rum fädeln muss :wink:
Hier mal ein Bild der Huckepack-Platine rückseitig auf dem Display:


Ist ein ATmega164p. Teslas unfreundliche Baudrate von 612,5 kbit/s lockt einen etwas aus der Reserve. Nach einigem Rechnen stieß ich auf einen 19,6608 MHz Quarz, der die Baudrate mit immerhin nur 0,31% Fehler erzeugen kann. Läuft gut.
Die Commands für die Kommunikation mit dem BMS habe ich von hier:
hackaday.io/project/10098-model-s-bms-hacking
Darauf basierend hab ich mir das dann für den ATmega164p neu aufgebaut.

Bei mir werkeln noch Blei Staplerbatterien in der Insel. Pip4048 und 5048 WR habe ich auch im Einsatz. Sobald das Blei schwach wird, kommt eine gebrauchte Batterie aus einem Elektroauto. Nissan Leaf Zellen stehen da bei mir auf der Liste.
Die Tesla Module wollen mit der Spannung einfach nicht passen wie stevelectric schon schrieb.
3.2-4V wird der nutzbare Bereich sein, passt mit 12S nicht zu den gängigen 48V WR.
Lese hier aber interessiert mit :slight_smile:

Daher ist mein Solarladeregler auch komplette Eigenentwicklung, weil ich nichts wirklich richtig gut passendes gefunden habe, außer für unverhältnismäßige Preise…

Die Victron Phoenix Wechselrichter gehen bis 18,6V runter, lassen sich in allen Alarm- und Abschaltgrenzen da recht frei parametrieren. Ich kann problemlos bis zu Teslas Entladegrenze von 3,1V/Zelle runter gehen. Habe dazu auch extra mal einen Versuchsaufbau in der try&error Phase gemacht mit einem 3 kW Heizstab aus einem Geschirrspüler und einem Stelltrafo:


Bei 20V Eingangsspannung lässt sich der Wechselrichter noch mit 2000W überlasten, da bleiben zumindest für mich eigentlich keine Wünsche offen :wink:

Hier mal ein Screenshot von meiner in Visual Studio entstandenen remote Oberfläche:


Zeigt immer den aktuellen Tag von 0 - 24 Uhr im Diagramm (blau = PV Leistung, rot = Verbraucherleistung, grün = Akkustand) und dazu in Zahlen die Momentanwerte, sowie die gesamt erzeugten und verbrauchten kWh für den Tag.

@Beatbuzzer als alter Fan der russischen Improvisationskunst gefällt mir Dein Versuchsaufbau ungemein. Für die Leistungsmessung hast Du dann bestimmt ein Thermometer in den Wassereimer gehängt, oder :wink:

Und dann hinterher so ein aufgeräumtes Endprodukt, einfach klasse!

Gruß Mathie

Joa, man muss halt gucken wo man bleibt, ne :mrgreen: und einfacher ist fast immer besser.

Aber nein, ich habe tatsächlich ganz klassisch die elektrischen Größen gemessen. Wobei die Idee ist gut, braucht man sich keine Gedanken um Phasenverschiebung und trueRMS machen :stuck_out_tongue:

Und danke fürs Lob! Meistens bleiben meine Sachen immer erstmal so bei 80% hängen… wobei das hier wird wahrscheinlich eh nie fertig sein :wink:

@Beatbuzzer
Vielen Dank für die sehr interessanten „Einsichten“ in dein Projekt. Das kommt mir sehr bekannt vor, man entwickelt am schnellsten mit den bekannten MCUs. :wink:

Da ich nur noch SMD MCUs kenne, bin ich auch genötigt, ein PCB Layout zu entwerfen. Klingt erst mal heftig, aber typischer Zeitaufwand ist
5 Tage HW
100 Tage SW

Programmierst du in C?

Also mir gefällt die grafische Darstellung des Hauses ausgesprochen gut !

Weiter so !

:slight_smile:

Da bin ich Atmel recht dankbar, dass sie auch noch die guten alten DIL-Gehäuse anbieten. Für mal eben schnell selbst zu Hause auf Lochraster wenn der Platz egal ist, immer gern genommen. Sollen sie sich auch ruhig bezahlen lassen.
Aber ich bin auch mit eagle fit, bzw muss es für die Firma auch sein. Nur Layout zeichnen und Platine bestellen ist für Prototypen Bastelei immer gleich recht final. Da greife ich im Bedarfsfall auch öfters nochmal auf Adapterplatinen/Breakout Boards für die TQFP zurück…

Ich bin Quereinsteiger, der sich das programmieren während der langweiligen Mechatroniker Ausbildung selbst nahe gebracht hat. C war mir da auf den ersten Blick zu wortkarg, deshalb bin ich in Basic eingestiegen und auch bis heute dort hängen geblieben. Unter Windows dann VB.net und unter Linux/Raspberry hab ich Python im Einsatz, was ja Basic recht nahe kommt.
C kann ich mittlerweile auch grob lesen und verstehen, aber ich mache in Summe einfach zu wenig um umzusteigen, und ich sehe bisher für mich auch nicht die Notwendigkeit.

Was soll ich sagen, da geht sie hin die Kohle :mrgreen:

Habe auch keinen Überblick, was mich letzten Endes jede Kleinteil-Rechnung gekostet hat. Pv + Akku + Wechselrichter + Klimbim müssten so grob zwischen 2000 - 2500€ Materialwert sein. Stunden interessieren mich wenig, ich bastele eh immer irgendwo. Ich weiß nur, rechnen wird sich das ganze so schnell nicht. Aber es ist endlich mal ein Projekt, wo am Ende des Jahres immerhin ein kleines Taschengeld zurück kommt :wink:

Pünktlich, wo die Tage langsam wieder merklich sonnenärmer werden, habe ich dann auch die Lösung für den Überschuss langsam fertig. Zwei getrennt schaltbare 500W Heizstäbe im Brauchwasserspeicher.

Dazu hab ich erstmal aus diversen Kupferteilen eine Tauchhülse zusammen gelötet und den Heizstab dann mit Wärmeleitpaste eingepresst:

Das ganze dann x2 mit einer 1/2" zu 3/4" PP-Reduzierung zur elektrischen Isolation und bei der Gelegenheit neuer Opferanode in den Handlochdeckel eingeschraubt. Und natürlich ordentlich gereinigt danach, kommt immerhin ins Trinkwasser! :

Und das ganze wieder im Kessel montiert:

Etwas Leitung muss noch verlegt werden und die Steuerung liegt in den letzten Zügen. Grobe Überschlagsrechnung sagt, dass 135 Liter Wasser pro Kelvin Temperaturerhöhung knapp 160 Wh benötigen. Bei den bis jetzt festgestellten Verhältnissen ist der Akku bereits kurz nach dem Mittag voll und es würden an einem durchschnittlichen Sommertag noch 4-5 Stunden mit locker 500W Überschuss runter kommen. Bringt also noch gut 2 kWh bzw min 12K Temperatur in den Kessel. Berücksichtigt man die pseudo Schichtladung durch die Heizstäbe in halber Höhe, dürfte es sogar noch etwas mehr bringen und den Gasverbrauch im Sommer fast auf 0 senken.

Geil. Erinnert an das hier: youtube.com/watch?v=z1Z4JCoPAGc

Da es mittlerweile unvermeidlich merklich lange dunkel ist, musste ich mir die Tage auch mal über die andere Seite Gedanken machen. Einen Herzschrittmacher für die Insel sozusagen :wink:
Die Wahl zwischen zwei Möglichkeiten, einmal per Ladegerät den Akku stützen, oder aber per Umschaltung die Verbraucher temporär aufs Netz legen. b) war da natürlich wegen niedrigerer Verluste attraktiver, und sieht jetzt so aus:

Umgeschaltet wird bei einer ungefähr 10% entsprechenden Batteriespannung, zurück geschaltet wenn Akku wieder halb voll. Für den Umschaltvorgang messe ich dabei zwischen der Wechselrichter-Phase und der Netz-Phase. Aufgrund minimal unterschiedlicher Frequenzen der beiden Wechselspannungen schwankt die Differenzspannung hier zwischen 0 - 460V AC. Bei 0 weiß ich, dass die beiden Sinus deckungsgleich sind, ein umschalten also völlig harmlos erfolgen kann. Das Relais dazu kann aufgrund der niedrigen Wechselrichterleistung so klein ausfallen, dass es in wenigen ms schaltet. Also wirklich unterbrechungsfrei.

Ziel soll natürlich sein, möglichst wenig am Netz rumzueiern. Aber auch wegen der ungünstigen Ausrichtung der Module wird das wohl in 3 Monaten des Jahres recht oft vorkommen… der nächste Ausbau wird wohl nicht lange auf sich warten lassen :wink:

Das ist interessant, funktioniert es gut? Auch bei deckungsgleichem Sinus dürften doch Ströme im Bereich der Leistung des WR fließen? Ich verwende einen PIP Inselwechselrichter, dort werden 2 Relais zum Umschalten verwendet und ich bemerke z.B. ein deutliches Lichtflackern bzw. höre ein kurzes Klappern in der Heizungspumpe wenn es passiert.