Тестирование батареи Tesla Powerwall в режиме Backup-only (без электросети)

Продолжаю цикл статей про зеленую и пушистую жизнь с солнечными панелями на крыше и батарейкой Tesla Powerwall в гараже.

У Тесла-батареи есть четыре режима работы

1. Резервирование (backup-only). В этом режиме батарея заряжена примерно на 98-100%, и включается только когда пропадает сетевое электричество.

2. Увеличение собственного потребления (self-powered).  В этом режиме батарея работает с целью увеличить потребление электроэнергии от солнечных панелей, и минимизировать экспорт электроэнергии в сеть. Этот режим полезен там, где нельзя экспортировать энергию в сеть, или это невыгодно делать.

3. Контроль основанный на времени (балансированный) (time-based control (balanced)). В этом режиме можно выставить расписание пикового времени когда электричество дорогое, батарея запасает энергию от солнца, и снижает потребление энергии во время пика.

4. Kонтроль основанный на времени (экономия денег) (time-based control (cost savings)).  В этом режиме, помимо запасов солнечной энергии, батарея также может заряжаться от сети вне пиковых промежутков времени.

Я решил протестировать первый режим работы (backup-only) путем отключения себя от электрической сети.  При работе без электросети, батарея должна сама создавать и контролировать частоту и напряжение в сети.  Изначально думал на неделю, но в итоге прекратил этот эксперимент после 62 часов.

Цели тестирования:

1. Проверить как работают все домашние приборы в этом режиме.

2. Посмотреть на сколько хватает заряда батареи

3. Измерить эффективность цикла заряд/разряд.

4. Проверить смогу ли я заряжать электромобиль.

5. Измерить максимальную мощность.

6. Измерить емкость
7. Посмотреть что произойдет когда заряд батареи приближается к 0%
8. Посмотреть что произойдет когда заряд батареи приближается к 100%

Пятница, 19 июля.

Итак, в 8 часов вечера выключаю рубильник. Свет в доме даже не моргнул, почти все продолжает работать нормально. Заряд батареи был 98.352% на момент выключения.

Сразу после отключения, частота подскочила до 65Гц. Это сделано специально, чтобы при полной батарее исключить дополнительную мощность в сети, которую будет некогда девать. 65Гц дает сигнал солнечным панелям немедленно выключится.  По мере снижения заряда батареи, примерно через 10 минут, частота пришла в норму.  65Гц создает проблемы при работе некоторых устройств и LED лампочек, однако эта проблема кратковременна.  Надо будет позвонить в службу поддержки Powerwall и попросить их изменить это, чтобы вместо 65Гц было 62Гц. Мои микро-инверторы отключаются при 61.8Гц.







У меня в доме есть базовая нагрузка примерно 500 ватт, это холодильники, раутеры, компьютеры, и другие приборы которые работают всегда. Ниже 500 ватт в час мне никогда не удавалось снизить потребление энергии. Помимо этого, кондиционер включается 3 раза в час, и потребляет около 1.5-2 кВт когда работает.  Сами Tesla Powerwall тоже потребляют порядка 10-12 ватт энергии каждая.

Допущенная ошибка: жена по привычке включила посудомоечную машину ночью. Она два часа поласкает посуду, причем греет для этого воду, и потом еще полчаса сушит посуду нагревательным элементом. Все это потребляет много энергии.  Объясняю жене что лучше включать посудомоечную машину днем, когда светит солнце.




Кондиционер поддерживает 24.4 градуса внутри, на улице ночью было около 28-30.

 

Прогноз погоды обещает много гроз и дождей. Температура, по прогнозам, будет от 26 до 31.

К полуночи, заряд опустился до 64%.   С момента отключения было получено 8.2 кВтч от батареи.






Суббота, 20 июля.

С момента отключения в 8 вечера до 7:25 утра мой дом потребил 16.4 кВтч энергии (около 1.4 кВтч в час). Заряд батареи снизился до 32.053%.  Если с использованием этих точек посчитать сколько заряда теоретически доступно, то получится 24.7 квтч (98.351-32.052=66.299% * 16.4).  Солнечные панели включились около 7:20 утра, нижняя точка заряда батарей была 28.463% около 8:10 утра.






 

Суббота прошла без каких-либо происшествий. Все работало.  Однако, день выдался дождливым, солнечные панели выработали всего 43.5 кВтч энергии.  Батарею не удалось полностью зарядить, и максимальный заряд в субботу составил около 88% в 6 часов.

На графике, синяя полоса это заряд батареи (шкала справа), фиолетовая это производство солнечной энергии, и светло-зеленая это домашнее потребление энергии.  Графики доступны вот тут.

Потребление энергии составило 43.9 кВтч, производство солнечных панелей 43.5 кВтч.  На графике видны провалы производства из-за дождей.





Воскресенье, 21 июля.

Воскресенье оказалось солнечным днем.  Нижняя точка заряда была около 21% в 8:30 утра. К полудню батарея полностью зарядилась, и мне удалось протестировать что происходит при полном заряде.  Батарея плавно повышает частоту, до тех пора пока микро-инверторы не отключаются. В тот день это происходило при 60.5Гц. Микро-инверторы отключаются на 305 секунд, и эти пять минут батарея отдает энергию. Затем, микро-инверторы включаются, работают несколько минут, и весь цикл повторяется.

Эту проблему постоянного отключения солнечных панелей можно решить просто добавив мощности. Например, если бы я был дома, то мог бы просто включить зарядку электромобиля.  Или включить нагрев воды, или понизить температуру кондиционера. Но меня не было дома.
 

В последствии, я позвонил в службу тех поддержки, и они мне помогли изменить настройки микро-инверторов (grid profile). Теперь при повышении частоты в сети, микро-инверторы не отключаются, а плавно снижают мощность, или повышают ее. Это дает возможность, про работе с отключенной сети, и про полном заряде батареи, сбалансировать нагрузку и производство солнечной энергии (когда есть подключение к сети, эта проблема не стоит, так как сеть является по сути большой емкой батареей).

Я протестировал максимальную мощность. Одновременно включил кондиционер на полную мощность, нагрев воды, и электромобиль. Получил 16кВт мощности, солнечным днем.



Вечером к нам домой приходит тёща, и приносит маринованного лосося, которого надо запечь.  Использую для этого духовку, и она потребляет много энергии. Это было ошибкой, надо было лосося готовить на гриле. Еще лучше конечно было бы не пускать тещу внутрь ...

Потребление энергии составило 52.4 кВтч, производство солнечных панелей 52.8 кВтч.  Оно могло быть выше, но было ограниченно днем между 1-4 потому что лишнюю энергию было некуда девать.

Я вижу что энергии с трудом хватит до утра - отключил нагрев воды, отключил холодильник для вин, утром в понедельник пришлось отключить кондиционер.



Понедельник, 22 июля.
 

В понедельник утром заряд батареи упал до 15%.  Мне пришлось выключить кондиционер для экономии энергии. Утром к нам приходит домработница, и начинает активно стирать и сушить белье, и одновременно пылесосить.  Самый большой потребитель энергии это электросушилка для белья, и она кушает 4-5 кВт когда нагревает белье.



 В итоге, несмотря на солнечную погоду, утреннего солнце было недостаточно, и батарея продолжалась разряжаться. К в 8:30 утра, при домашнем потреблении в 7.2кВт и 5% заряда, батарея отключилась.



Свет погас.  Солнечные панели тоже отключаются когда нет ни сети, ни батареи.  Через 30 минут (наверно это время запрограммировано в батарее), Powerwall снова включилась, и проработала несколько минут. Однако, наверно домработница снова включила сушилку и батарея снова не выдержала нагрузки.

Тут я вернулся домой, и в ручную отключил все автоматы в щитке, и перегрузил батарею путем нажатия кнопочки. Батарея включилась, солнечные панели тоже. Энергия потекла и стала заряжать батарею. Я сказал домработнице чтобы подождала 15 минут для сушки белья.  Она подождала, и стала сушить белье. Все выглядело довольно неплохо к 10 утра, но тут случилась неприятность. Крупная тучка заслонила солнце, Powerwall, у которого заряд был около 7%, немного поработал, и опять не выдержал издевательства.  Ну после этого я решил что хватит мучаться, все цели эксперимента я и так уже достиг, и включил обратно сетевое электричество.

Общие результаты эсперимента позволяют вычислить эффективность батарей. Потери при зарядке и разрядке чуть менее 10%.


 

Итак, какие выводы при режиме работы без электросети?

1. Все домашние приборы работают.

2. Заряда двух батарей Powerwall мне лично хватает где-то на 12-16 часов  с кондиционером. Однако, при этом, после захода солнца, лучше не использовать духовку, сушилку белья, посудомойку. Они потребляют много энергии.

3. Эффективность соответствует заявленной в паспорте.  За 4 дня, я "залил" в батарею 73.4 кВтч и обратно получил 66.2 кВтч (начал с 98%, и закончил с 99% заряда).  Потери при зарядке/разрядке составили 7.2 кВтч или 9.81%.

4. Электромобиль заряжается без проблем, но лучше это делать днем когда светит солнце.

5. Я получил 16квт мощности днем когда одновременно работала и батарея и солнечные панели.  Наверно кратковременно можно и 20квт получить.

6. При снижении заряда ниже 10%, батарея отключается. Если ночь, то будет ждать до утра.  Если день, то через 30 минут включается обратно и пытается получить энергию от солнечных панелей для зарядки.

7. В режиме работы без сети, есть 10% буфер снизу и сложно зарядить батарею свыше 95%. Поэтому, реально лишь 85% емкости доступно для хранения и использования.  Также надо учитывать потери при работе инвертера (около 5%).  В итоге, реальная доступная энергия в этом режиме порядка 22квтч у двух батарей (11квтч у одной).  В других режимах работы вероятно доступен больший диапазон.

8. Когда заряд батареи приближается к 95%, и солнечные панели дают энергию превышающую потребности, то Powerwall дает сигнал на отключение солнечных панелей.  Это происходит путем плавного повышения частоты в сети.  В моем тесте солнечные панели (микро-инверторы) отключались полностью на 305 секунд при достижении частоты 60.5Гц.  Путем изменения конфигурации микро-инверторов мне удалось изменить это, и теперь они вместо полного отключения, плавно снижают мощность чтобы сбалансировать мощность панелей с нагрузкой. Эта функция (frequency ramp-down/ramp-up) поддерживается большинством современных инвертеров.

9.  Также, электромобиль, нагреватель воды, и кондиционер можно использовать как дополнительных потребителей энергии, для запаса лишней энергии если день выдался очень солнечным, чтобы не приближаться к 95%. Например, у водонагревателя есть изолированная емкость на 200 литров, и он хорошо держит температуру.  Если день солнечный и заряд Powerwall приближается к максимуму, то можно днем повысить температуру нагревателя до максимума, и затем выключить его в 6 часов вечера и до утра использовать запасы горячей воды.  Нагреватель воды управляется по Wifi, и при желании этот процесс можно автоматизировать.

Ну и самый основной вывод - не стоит пускать в дом тещу с лососем.
 

Затем я решил проверить работу в режиме self-powered

В этом режиме батарея запасает энергию, и отдает ее когда нужно. Сеть используется только когда есть излишки/дефицит энергии.

Вот так выглядит график потребления энергии до установки солнечных панелей.

Вот так выглядит график потребления энергии после установки солнечных панелей (серые столбики в минус, это когда я отдаю энергию в сеть)



Вот так выглядит график потребления из сети в режиме self-powered.  Так как у меня нет проблем с отдачей лишней энергии в сеть, то для меня этот режим работы не актуален.



Удалось достичь 96%  потребления своей собственной энергии.




Продолжение следует ... буду тестировать time-based control.