Wi-Fi SCR モジュールを使用したボイラー給湯器の自動制御

この記事では、Wi-Fi SCR モジュール（SCR_485）と IAMMETER 電力計を使用してボイラー給湯器を自動制御し、太陽光発電（PV）システムの自家消費率を向上させる方法を紹介します。

系統への売電電力に応じて SCR モジュールの出力電力をリアルタイムに調整することで、可能な限り多くの売電電力を消費し、PV システムの自家消費率を高めることを目的としています。

以前、ESP Home ファームウェアを使用して Wi-Fi SCR モジュールで抵抗性負荷の出力電力を線形に調整する方法を紹介するチュートリアルを公開しました。詳細は次のリンクを参照してください：ESP32 + SCR module: Linearly adjust the power output of resistive loads, such as heaters。

効果表示

図に示すように、オートモードを有効にすると、SCR コントローラの「Set Power」が売電電力に応じてリアルタイムに継続調整され、売電電力が約 0W に維持されます。

グリッド電力に応じたヒーター電力の制御

Grid Power REV：売電電力

SCR_485 Power： SCR_485 の「Set Power」

SCR_485 について

最大出力 4 kW（220V システム）のリニア電力コントローラです。0〜4 kW の範囲で出力電力を線形に調整でき、抵抗性負荷（ボイラー給湯器など）の制御に適しており、Wi-Fi 機能を備えています。

SCR_485、リニア電力コントローラ、抵抗性負荷用電圧レギュレータ

詳しい紹介は、このリンクをご覧ください。

ファームウェア

SCR_485 は ESP Home ファームウェアを使用しており、出荷前にプリフラッシュ済みです。

YAML

YAML ファイル：SCR-485.yaml。

お客様は、実際に使用する電力計に合わせて IP アドレスと関連する相情報を設定する必要があります。

システム配線

システム配線を次の図に示します。主な構成要素は以下のとおりです：

IAMMETER 三相電力計は、系統電力を測定するために使用されます。IAMMETER の電力計は双方向計器であるため、双方向の電力（系統から消費する電力と系統へ売電する電力）を測定でき、測定結果をリアルタイムに読み取るための API を提供します。
SCR_485：API を介して IAMMETER 電力計の電力値を読み取り、出力電力をリアルタイムに調整してボイラー給湯器を駆動する Wi-Fi SCR モジュールです。

グリッド電力に基づく SCR_485 モジュール出力電力の自動調整

システム配線が完了したら、お客様は次の作業を行う必要があります：

「SCR_485」の Wi-Fi 認証情報を設定します。
ESP Home の YAML ファイルで IAMMETER 電力計を設定します。
パラメータを設定します。

「SCR_485」Wi-Fi 認証情報の設定

Configure “SCR_485” Wi-Fi Credentials

ESP Home で Wi-Fi 認証情報を設定する

ESP Home での IAMMETER 電力計の設定

ESP Home で Web ページを開きます。スナップショットには 6 台のデバイスが表示されています。現在、当社のラボでは 6 台の SCR_485 ユニットをテスト中です。

ESP Home での SCR_485

この scr-485.yaml を使用して YAML 構成ファイルを更新します。

使用する電力計の種類に応じて YAML 構成を変更します。

WEM3080

WEM3080 は IAMMETER の単相電力計です。WEM3080 を使用する場合、測定される電力が系統電力（Grid Power）であることを意味するため、次のように電力計の IP アドレスを設定するだけで済みます：

YAML ファイル内の IP（10.10.30.33）を電力計の IP に変更します。

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
      - if:
          condition:
            lambda: 'return id(auto_mode);'
          then:
            - http_request.get:
                url: "http://10.10.30.33/monitorjson"
                headers:
                  Content-Type: "application/json"
                verify_ssl: false

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T：

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T はいずれも IAMMETER の三相電力計です。三相電力計を使用する場合は、IP アドレスの設定に加えて、系統電力の測定に使用する相を選択する必要もあります。

電力計の IP アドレスを設定します

YAML ファイル内の IP 10.10.30.33 を電力計の IP に変更します。

系統電力の測定に使用する電力計の相を選択します

系統の電源が単相の場合、三相電力計の任意の相を使用して系統電力を測定できます（システム配線のセクションに示すように、B 相を使用して系統電力を測定します）。

系統の電源が三相の場合、三相電力計の合計電力を系統電力として使用する必要があります。

以下のコード内のコメントがこれを示しています：

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
...

int16_t power_value = root["Datas"][1][2];
# power value in phase A:  ["Datas"][0][2], 
# power value in phase B: it is ["Datas"][1][2]
# power value in phase C: it is ["Datas"][2][2]
...

パラメータの設定

Web ページにログインすると、パラメータの説明は次のとおりです：

Auto Mode：手動モード/自動モード。

Threshold：制御ループのしきい値。

Hysteresis：シュミットトリガのヒステリシスパラメータです。高低制御を使用するため、発振を防ぐために「Hysteresis」パラメータが追加されています。Grid Power > threshold + Hysteresis または Grid Power < threshold - Hysteresis の場合に動作がトリガーされます。

Set power：SCR_485 が設定する出力電力。

SCR-485 のパラメータ設定、threshold、hysteresis

Max Power の設定

このパラメータは、SCR_485 が制御する負荷の最大電力です。SCR_485 は出力電圧を調整して負荷を制御するため、Set Power を計算する際にこの Max Power を基準として使用する必要があります。

たとえば、最大電力が 3.3 kW に設定されている場合、SCR は 220V の動作電圧で出力電力が 3.5 kW であると見なします。その後、Set Power を 0.875 kW に調整する必要がある場合、SCR_485 は電圧を 110V に下げます。

Threshold と Hysteresis の設定

ヒステリシスを導入するのは、シュミットトリガの原理と同様に、制御システムの頻繁な動作を防ぐためです。測定値（系統電力）が「threshold + hysteresis」より大きいか、「threshold - hysteresis」より小さい場合にのみ、動作（SCR_485 の出力電力の調整）が実行されます。

例：Threshold = -20 W、Hysteresis = 50 W。

これらの 2 つの設定により、系統電力が -70 W（-20-50）未満の場合に SCR_485 の設定電力が増加します。

これらの 2 つの設定により、系統電力が 30 W（-20+50）より大きい場合に SCR_485 の設定電力が減少します。