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Dies ist eine alte Version des Dokuments!


VIR - variable Impulsrate für S0-Zähler

getested mit

Bei Arbeiten am Geraet ist Vorsicht geboten, mangels galvanischer Trennung liegt quasi alles im Gerät auf Netzpotential!

Features

Vorteile:

  • Erhöhung der Messauflösung, um auch kleinste Leistungsänderungen aufnehmen zu können
  • Anpassung der Anzahl der S0-Impulse je kWh an reale Verhältnisse (9 Modes möglich)
  • einfach einzustellen (mit beigestelltem Excel-file für Faktorermittlung + Einstelltaste am S0-Zähler)
  • benutzerfreundliche Führung am S0-Zähler durch LED-Signale (Nutzung der bereits vorh. S0-LED)
  • einfache Kalibrierung durch Zählung der (vervielfachten) S0-Imp. u. Parallelmess. mit Energiekostenmessgerät
  • preisgünstig, da nur ein 8-Pin-AVR (Attiny 45) benötigt wird (hex-file beigestellt)

Nachteile

  • Eingriff in den Zähler nötig (mechanisch und elektronisch)
  • Kalibrierung „verschlingt“ 1 kWh zu momentan 26ct, sofern der Fön nicht gleich genutzt wird :-)

Motivation

Nachdem bereits seit 2 Jahren das Photovoltaiksystem einer Kleinstanlage (max. ca. 500W AC) mit dem VZ-System gemessen und geloggt wird (YPort mit S0-Erweiterung v. Udo ⇒ 1a Hardware + Ethersex), steht demnächst die Anschaffung einer modulierenden 4 kW-Luftwärmepumpe (1kW elektrisch/ 4kW gesamt) auf dem Wunschzettel, welche sämtliche PV-Überschüsse in Wärme wandeln und in einen 1.000 l Wasserpuffer speichern soll. Hiermit soll zwischen März und Oktober eine weitgehende Energieautarkie erzielt werden.

Sinn macht das Ganze nur, wenn die aktuellen Energieüberschüsse (EÜ = PV-Ertrag - Eigenverbrauch) kurzfristig und möglichst genau ausgewertet werden können. In nachfolgenden Screenshot sieht man aber, dass dies mit den üblichen S0-Stromzählern mit 1.000 bzw. 2.000 Imp/kWh kaum möglich ist, da nur wenig Impulse geliefert und entsprechende Leistungssprünge gemessen werden.

Hinzu kommt, dass die wenigen Impulse für einigermaßen plausible Leistungsanzeigen über einen bestimmten Zeitraum gesammelt werden müssen (im Bsp. 64s mittels Ethersex watchasync-Funktion/ AVR-Zeit ⇒ s. hier) Die 64 Sekunden im Bsp. stellen jedoch schon eine signifikante zeitliche Verzögerung dar, was der angestrebten 100%-igen Nutzung des Energieüberschusses entgegensteht (z.B. 30s Wolke wird nur „gemittelt“ erkannt). Aus diesem Grund ist es nicht ganz verständlich, weshalb nur S0-Zähler mit geringen Impulsraten käuflich zu erwerben sind.

Dank der VZ-Mitstreiter wurde nun z.B. für den Swissnox S-watt bzw. Swissnox SX-1L die Möglichkeit gefunden, den S0-Ausgang so zu tunen, dass der s.g. high frequency output bzw. high pulse-rate output ermöglicht wird. Leider ist die Impulsrate nach dem Tuning fast 260-fach höher als die Originalrate mit 2.000 Imp/kWh. Dies führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu Verarbeitungsproblemen bei den nachfolgenden Messeinheiten, sofern diese normale Kaufteile sind. Mein YPort-System schafft beispielsweise max. 30Hz S0-Inputfrequenz. Andere Messeinheiten benötigen ggf. eine Mindestimpulslänge von 30ms oder sogar 90ms (s. S0-Schnittstelle)

Aus diesem Grund wird nachfolgendes VIR-System beschrieben, welches durch Nutzung eines kleinen µC samt Taster die Anpassung/ Reduktion des „high frequency output“ erlaubt. Je nach maximal zu messender Leistung kann die Impulsrate des Zählers so angepasst werden, dass immer noch eine deutliche Impulsratenerhöhung verbleibt, aber gleichzeitig die nachfolgende Messeinheit voll funktionstüchtig bleibt. Im genannten YPort-Beispiel mit max. 500W Messbereich werden so aus 2.000 Imp/kWh immerhin ca. 130.000 Imp/kWh - also eine Erhöhung um den Faktor 65 !!!

elektronische Modifikation des "high pulse-rate output" mittels µC und Taster

Schaltplan/ Anschlüsse

Die wesentlichen Umbaumaßnahmen zur Nutzung des CF-Signals = high frequency output sind hier zu finden. Im Gegensatz zur direkten Kopplung des CF-Ausgangs an Pin1 des Optokopplers wird bei der VIR ein µC zwischengeschaltet. Der Originalschaltplan wurde wie folgt modifiziert (Farben entsprechen den Kabelfarben auf den Fotos):

Der Abgriff von +5V und GND erfolgt am besten an der Steckerleiste J2. Des Weiteren kann das CF-Signal am Via zwischen +5V@J2 und R15 geholt werden. Dies gilt für das nachfogende Layout (bei mir SX-1L):

Vorbereitung µC/ Programm/ EEPROM/ Flashen

Für den zwischengeschalteten µC (hier ATtiny45) wurde eine Software entwickelt, welche die Eingabe s.g. LED_Code's (momentan 9 Modi) mittels Taster ermöglicht. Die Speicherung erfolgt hierbei im EEPROM des ATtiny, so dass der LED_Code (entspricht dem gewählten Impulsratenanpassungsfaktor) auch bei Stromausfall nicht verloren geht.

Neben der Eingabeprozedur mittels Taster übernimmt die SW das „Ausdünnen“ der high frequency output-Impulse (HFO-Impulse) und die Generierung des neuen S0_out-Impulses, der über die Zähler-LED sichtbar ist.

Bsp.: Per Taster wird LED_Code 2 gewählt. Dieser bedeutet einen Reduktionsfaktor von 4.

⇒ S0_out = HFO / 4 = 519.300 Imp/kWh / 4 ⇒ 129.825 Imp/kWh

Da mit max. Frequenzen von nur 1 kHz für S0_out gearbeitet wird, erschien es sinnvoll, den µC möglichst stromsparend mit nur 128kHz am internen Oszi zu betreiben. Es wird also kein Quarz benötigt. Da die Impulsanzahl nur „ausgedünnt“ wird, kommt es auch nicht auf besondere Genauigkeit an. Nimmt man obiges Bsp., so wird bei jedem 4. HFO-Impuls (= CF-Signal d. ADE7755) der S0_out (Pin PB.3) getoggelt. Die vielen HFO-Impulse selbst, werden über den externen Interrupt Int0 an Pin PB.2 erfasst.

Die Software ist als hex-file hier downloadbar.

Nach dem Download und Entpacken muss die SW noch mittels üblichem ISP-Programmer (z.B. mySmartUSB o.ä.) in den ATtiny geflashed werden. Hierbei werden momentan ca. 1kB des 4kB Flashspeichers genutzt, so dass noch Platz für zukünftige features verbleibt. Der nötige ISP-Anschluss ist mit auf dem Schaltplan wiedergegeben (s.o.).

Einstellung der Fuses

Wegen der Nutzung des 128 kHz internen Oszillators müssen die Fuses wie folgt eingestellt werden. Bei mir wurde hierzu das „Progtool“ von myAVR verwendet, was eine gute Übersicht der Einstellwerte bietet.

Für die Verwendung von avrdude sind die Adressbelegungen in der oberen Zeile ersichtlich.

!!! noch nicht aktuell !!! Bereits vorgeflashte ATtiny45, der spezielle Taster und der Swissnox SX-1L können auf Nachfrage zugesendet werden.

mechanischer Einbau µC/ Taster/ Kabel

to do - Fotodoku d. Einbaus, Bezugsquelle µC und Minitaster (geflashter µC + Taster ggf. zulieferbar)

Festlegung der optimalen Impulsrate (LED_Code)

to do - link zu Excelsheet m. Diag. + Erläut. zur max. Leistung u. max. Inputfrequenz an nachgeschalteter Messeinheit

Anleitung zum Einstellen des LED_Code am S0-Zähler

to do - Erklärung der LED_Sequenzen

Kalibrierung

to do - Erläut., wie mit Energiekostenmessgerät parallel gemessen wird, ggf. fertige komplett umgebaute kalibrierte S0-Zähler lieferbar (unwahrscheinlich wegen Garantieverlust und Umbauzeitaufwand)

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