Sistemi a isola

I sistemi a isola sono progettati per aiutare le persone a funzionare senza il supporto della rete elettrica. Utilizzano l'energia solare ed eolica per alimentare, monitorare e controllare sistemi in aree remote come edifici, fattorie, confini nazionali, tratti stradali pericolosi, ecc.

Vantaggi principali

• OpenVPN - trasferimento dati crittografato - OpenVPN consente di connettersi in modo sicuro attraverso un tunnel VPN crittografato. Il software del server VPN, installato su un server virtuale con un indirizzo IP pubblico, fornisce una connessione privata sicura a molti sistemi dell'isola.

• LINUX - software open source stabile - Sistema operativo libero con un'ottima stabilità. L'utente ha libero accesso a linguaggi di scripting, database e altri strumenti gratuiti. Questo gli dà grande libertà nella progettazione delle proprie applicazioni e dei propri programmi.

• LAN - Soluzione IP con supporto di alimentazione PoE+ - La porta LAN consente all'utente di collegare qualsiasi dispositivo IoT Ethernet o, ad esempio, una telecamera IP, compresa l'alimentazione PoE dall'iniettore PoE integrato nel caricatore MPPT.

• COM - Interfaccia Modbus - L'interfaccia universale Modbus può essere utilizzata per monitorare lo stato di carica della batteria, accendere/spegnere a distanza una telecamera PoE collegata o collegare moduli IO e sensori. Modbus è un protocollo di comunicazione standardizzato, che consente di collegare anche dispositivi di produttori diversi.

• GSM - accesso remoto via 2G/3G/4G-LTE - La connettività wireless su reti mobili è la soluzione ideale quando è richiesto l'accesso remoto a postazioni remote. Può anche essere utilizzata come percorso ridondante per la trasmissione degli allarmi, in conformità agli standard di sicurezza per i locali ad alto rischio.

• FBD e LD - linguaggi di programmazione grafica - Inoltre, i sistemi a isola possono eseguire programmi di controllo. Esempi tipici sono: sistemi di allarme per la sicurezza di siti remoti, raccolta dati da stazioni meteorologiche, controllo del pompaggio dell'acqua da pozzi. Tutti sono programmati con un software di interfaccia grafica con centinaia di funzioni supportate.

• I & O - ampia selezione di ingressi e uscite supportati - Il sistema di unità di controllo IPLOG-GAMA comprende moduli IO con vari tipi di ingressi e uscite digitali e analogiche. I moduli IO possono far parte dell'unità di controllo o essere forniti come moduli IO separati con interfaccia Modbus.

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Come è nato?

L'idea che mi ha portato a sviluppare il sistema a isola (OFF-GRID) è nata durante la creazione di un vigneto in una località remota, senza elettricità disponibile. La sfida più grande è stata lo sviluppo del caricatore MPPT. Il problema principale era che avevamo deciso di collegare il caricatore con un iniettore PoE+ e un'interfaccia Modbus per controllare e monitorare il caricatore. Inoltre, non volevamo aumentare troppo le sue dimensioni con un grande dissipatore passivo. Pertanto, ci siamo concentrati innanzitutto sulla massimizzazione dell'efficienza del progetto e abbiamo sostituito il grande dissipatore di calore con una piccola ventola controllata da un microprocessore. Il microprocessore misura la temperatura del caricatore e attiva la ventola se la temperatura è troppo alta. Allo stesso tempo, il processore misura altre variabili operative come la corrente di carica, la tensione della batteria, la corrente dei pannelli fotovoltaici, ecc. Il PLC di controllo memorizza i valori misurati in un database e li visualizza online su una pagina web, se necessario. All'inizio dei test 24/7 abbiamo utilizzato un PLC con un modem 2G/3G, che abbiamo poi sostituito con una versione finale che supporta anche le reti 4G-LTE. Un grande vantaggio del PLC utilizzato è la grande variabilità di ingressi e uscite. Nel sistema DEMO, ad esempio, abbiamo utilizzato ingressi di allarme a cui abbiamo collegato sensori a microonde che coprono l'area del vigneto e un tamper per rilevare l'apertura del quadro elettrico con il PLC. In caso di allarme, il PLC invia SMS a numeri preimpostati e attiva automaticamente l'alimentazione PoE della telecamera. Posso controllare il vigneto da remoto in qualsiasi momento tramite i client VMS sul mio cellulare e sul mio computer. Un altro compito del PLC è il controllo automatico della porta delle anatre e, dalla primavera 2019, il controllo del pompaggio dell'acqua dal pozzo trivellato.
Scritto da: Tomáš Metelka

Schema a blocchi del sistema

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Conclusione

Il sistema a isola completato ha raggiunto e superato gli obiettivi prefissati prima di iniziare lo sviluppo. Il sistema è in grado di proteggere un impianto remoto, eseguendo al contempo un programma di controllo e fornendo dati agli utenti remoti in modo sicuro. Durante un'estate molto calda e una serie di tempeste, il sistema ha dimostrato anche la sua elevata resilienza alle condizioni meteorologiche estreme.

Nota per i viticoltori:

Česká Skalice non è ovviamente una tipica regione vinicola. L'area più vicina è Kuks, a circa 15 km di distanza. Tuttavia, negli ultimi anni diverse migliaia di piantine di vite sono state piantate nelle regioni di Náchod e Trutnov da alcuni appassionati. Per il mio microvigneto ho scelto le varietà resistenti Solaris e Cabernet Cortis, fornite dall'azienda Bílovin di Velké Bílovice.

Esempi di attrezzature utilizzate

Lo svolgimento dell'esperimento

Data	Nota
Aprile - maggio 2017	Durante questo periodo sono stati effettuati i principali preparativi, tra cui l'installazione del palo, del parafulmine e della messa a terra.
5 giugno	Oggi abbiamo lanciato per la prima volta il sistema con PLC, iniettore PoE, telecamera e modulo di ricarica EVB senza protezione.
22-25 giugno	Il sistema è stato testato per 65 ore utilizzando solo la batteria senza ricarica.
29 giugno	Abbiamo sostituito il modulo finale EVB temporaneo del caricatore MPPT.
30 giugno	Abbiamo il controllo remoto del sistema via SMS e il trasferimento delle registrazioni al server.
30 giugno	Una piccola curiosità: la potenza media del segnale GSM è di circa -95 dBm. Il PLC è solitamente collegato a un trasmettitore a circa 15 km di distanza con una rete 2G. Il trasmettitore nelle immediate vicinanze (circa 3 km) è per lo più ombreggiato da una foresta matura.
4 agosto	La telecamera fissa è stata sostituita da una telecamera PTZ e la capacità della batteria è stata aumentata a 60 Ah. In caso di allarme, l'unità di controllo: - ruota la telecamera attraverso le preimpostazioni - archivia le immagini nella memoria, - invia SMS.
28 settembre	Nella prima metà di settembre, nella nostra regione è arrivato un notevole raffreddamento, nuvole e forti precipitazioni. Fonti di energia esistenti: - Pannello solare Victron 80 Wp, - turbina Rutland 504, si sono rivelate inadeguate. Abbiamo anticipato e preparato questa situazione valutando continuamente i dati memorizzati nel database: 1. Durante le giornate con alimentazione minima, abbiamo testato lo spegnimento automatico del sistema quando la tensione della batteria scendeva sotto i 10 V e lo abbiamo riavviato. 2. Aggiungendo un secondo pannello da 80 Wp e una turbina più potente di Ista Breeze, abbiamo aumentato l'alimentazione. La nuova elica si avvia con velocità del vento fino a 2,7 m/s. Abbiamo in programma di aggiungere altri due pannelli da 80 Wp in un secondo momento.
2 ottobre	giallo - Tensione del pannello fotovoltaico verde - tensione di alimentazione IPLOG blu - corrente dal pannello FV
6 ottobre	Il sistema è completamente equipaggiato in termini di risorse energetiche e comprende: - 1x turbina Ista Breeze con un diametro di 1m, - 4x pannelli da 80Wp. Il video mostra il funzionamento della turbina durante le raffiche di vento da 2 a 7 m/s.
30 ottobre	Nella zona in cui è installato l'impianto, dobbiamo tenere conto di diverse settimane senza giornate di sole tra l'autunno e la primavera. Per questo motivo, in ottobre abbiamo impostato il sistema sulla modalità di risparmio energetico. Ora la telecamera si avvia solo in caso di allarme o in base a un comando dall'interfaccia web di un telefono cellulare o di un PC. In modalità di risparmio energetico, il consumo di energia del sistema è di circa 3W. Questo è sufficiente per ricaricare completamente la batteria del sistema anche in una giornata nuvolosa.
21 gennaio	A cavallo dell'anno è arrivato il clima invernale con temperature intorno allo zero. A gennaio è caduta la neve. L'impianto è ancora alimentato al 99% dai pannelli fotovoltaici. La velocità del vento si aggira solo occasionalmente intorno ai 5 m/s, che è la velocità minima necessaria per la produzione di energia.
27 febbraio	Nella seconda metà di febbraio, le temperature sono scese fino a -15°C. Il vento ha iniziato a soffiare. I grafici allegati lo mostrano chiaramente: linea rossa - tensione dei pannelli fotovoltaici che cambia periodicamente linea blu - tensione fluttuante sulla turbina linea verde - tensione della batteria
28 novembre	Alla fine di novembre 2018 abbiamo completato la fase sperimentale di sviluppo. Il sistema è completamente funzionante e pronto per la distribuzione. Nell'estate 2018, un altro sistema dimostrativo è stato installato in Portogallo per il monitoraggio del sito. Durante lo sviluppo, i clienti hanno testato con successo il sistema in applicazioni per: - sorveglianza delle frontiere nazionali - monitoraggio del traffico stradale In caso di domande, saremo lieti di fornirvi informazioni dettagliate all'indirizzo: info@metel.eu.

Prezzi indicativi delle parti principali del sistema

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