FreeDS

Derivador de excedentes

¿Qué es?

FreeDS es el resultado de la unión de un hardware y un software con el objetivo de conseguir un gestor de excedentes universal y totalmente independiente de la fuente que genere nuestros excedentes (ya sean excedentes de generación fotovoltaica y/o eólica), de esta manera se puedes sacar provecho de este excedente de producción que no se este usando para consumos principales hacia una carga resistiva. Aunque el objetivo principal de FreeDs es que sea universal (y de hecho lo es) Además también dispone de modos de funcionamiento específicos para ciertos inversores solares (mas concretamente de las marcas Solax y Fronius) lo que le da aun mas versatilidad al proyecto.

 

¿Cómo funciona?

El principio de funcionamiento es relativamente sencillo, se mide la cantidad de energía que no se esta consumiendo (excedente) o bien de forma universal con un medidor de potencia (meter) o bien de forma especifica obteniendo los datos a través del inversor (actualmente de las dos marcas mencionadas anteriormente) y una vez obtenida la potencia sobrante, esta se deriva con una placa de control de potencia (pwm/dimmer) hacia la carga resistiva (como por ejemplo un termo para calentar agua sanitaria, una estufa o placa de calor), debido a que los excedentes de producción son variables por múltiples factores, el proceso de medida de excedente y su posterior derivación se realizan cíclicamente y de forma continua en el tiempo, obteniéndose así un ajuste coordinado entre el excedente y la potencia derivada.

 

Modos de funcionamiento

Siendo el original y principal de este proyecto el universal con meter, en este modo la toma de datos (excedente) se realiza con un medidor de potencia (meter) que habrá que instalar en el lugar adecuado para que haga las mediciones de forma correcta (mas adelante detallaremos en que lugar y de que manera hacerlo). Adicionalmente existen los modos de funcionamiento de conexión a inversor (que detallaremos mas adelante).

 

Hardware (partes electrónicas)

En este apartado veremos todo el hardware que es necesario ensamblar y de que manera hacer el montaje, así como cuales son las distintas configuraciones según el modo de trabajo que sea de muestra elección.

Modo Esp32 Esp01 Meter Conv. modbus PWM Relés
Solax wifi v1 & hibridos No No No Op.
Solax wifi v2 No No Op.
Solax wifi v2 Local No No No Op.
Solax MQTT ? No No ? Op.
Meter dds238-2, ddsu666, sdm120, sdm220 No Op.
Fronius No No No Op.
wibee - - - - - -
Shelly EM - - - - - -

Op. - Opcional

Habrá que seleccionar el Hardware necesario en función del modo de trabajo que deseemos implementar.

 

Presentación y enlaces orientativos de compra de todo el hardware (seleccionar los necesarios en función del modo de trabajo deseado)

Meter

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:dds238.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:ddsu666.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:sdm120.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:sdm220.jpg

   

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Technosunebayamazonwallapop

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Conversor modbus

Descripción: PCI:Users:juan:Downloads:modbus.jpg

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ESP32

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:esp32.jpg

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ESP01 y su correspondiente grabador

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:esp01a.jpgDescripción: PCI:Users:juan:Desktop:esp01b.jpgDescripción: PCI:Users:juan:Desktop:esp-grabador.jpg

amazonaliexpress

placa de relés adicionales (opcional)

 
 

Control de potencia PWM

Descripción: PCI:Users:juan:Downloads:2020-01-14T17-47-59.387Z-01.jpg

tindieinmojoebayamazonwallapop

Software

Tan solo dos de los componentes mostrados anteriormente necesitan una programación para su correcto funcionamiento y son el esp32 y esp01, por tanto necesitamos descargar el software de programación de la siguiente dirección.

https://www.espressif.com/en/support/download/other-tools

mas concretamente el Flash downloadtools

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:flash download tool.jpg

una vez descargado hay que descomprimirlo.

Además del software de programación se necesita el binario, para introducirlo dentro del circuito integrado (el chip) que hay en el ESP32 y ESP01 respectivamente.

Para el ESP32 las descargas se encuentran en github, en la siguiente dirección:

https://github.com/pablozg/freeds/releases

Para el ESP01 las descargas se encuentran en github, en la siguiente dirección:

https://github.com/iqas/derivador mas concretamente aquí

 

Grabación de integrados (los chips)

Proceso de grabación del esp32

Conectar el ESP32 al puerto usb, y si es la primera vez que se conecta esperar que Windows lo detecte y configure, en caso que pida algún tipo de drivers, usar los que provee el fabricante o como alternativa los que puedes descargar aqui.

Ejecutar el flash downloadtool y nos aparecerá una ventana de selección como ésta (para seleccionar el chip concreto de la serie ESP) y pulsamos en el botón “ESP32 DownloadTool”, marcado en rojo

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:flash tool.jpg

una vez seleccionado se abrirá la herramienta con las opciones correspondientes para el ESP32

los datos necesarios son: los ficheros que conforman parte del firmware y la posición de memoria de cada uno de ellos, SPI speed, SPI mode, Flash sice, COM y BAUD. Todos y cada uno de ellos tienen que coincidir con la captura siguiente a excepción de COM (que es el puerto serial) que puede variar según la configuración del pc, cada usuario tendrá que seleccionar el puerto correspondiente donde se encuentre el ESP32.

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:freeds esp32base.jpg

previa a la grabación del ESP32 es conveniente hacer un borrado previo pulsando el botón “ERASE”

durante el proceso de borrado veremos en pantalla:

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:erasing.jpg

una vez concluido correctamente el borrado veremos:

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:erased.jpg

una vez asegurado el borrado podemos proceder a la grabación del firmware pulsando el botón “START”

durante el proceso observaremos una barra de progreso:

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:flashing.jpg

una vez completado de forma correcta obtendremos la siguiente confirmación:

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:finish.jpg

con esto queda concluida la grabación. Mas adelante veremos en la puesta en marcha como encender y configurar el ESP32.

Es posible que en algún punto del proceso (o incluso nada mas empezar) nos aparezca la siguiente pantalla:

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:com fail.jpg

esto es debido a una mala configuración del puerto COM o a un fallo de comunicación, para corregir el problema seleccionar el puerto COM adecuado o bien comprobar el cable usb o incluso sustituirlo por otro (mencionar que existen cables usb-microusb que no tienen línea de datos, como pueden ser cables cargadores)

 

Proceso de grabación del ESP01 (si tu configuración lo necesita)

Ejecutar el flash downloadtool y nos aparecerá una ventana de selección como esta (para seleccionar el chip concreto de la serie ESP) y pulsamos en el botón “ESP8266 DownloadTool”, marcado en rojo

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:flash tool esp01.jpg

una vez seleccionado se abrirá la herramienta con las opciones correspondientes para el ESP01.

Los datos necesarios son, el fichero de firmware (ESP01) y la posición de memoria, SPI speed, SPI mode, Flash size, COM y BAUD. Todos y cada uno de ellos tienen que coincidir con la captura siguiente a excepción de COM (que es el puerto serial) que puede variar según la configuración del pc, cada usuario tendrá que seleccionar el puerto correspondiente donde se encuentre el ESP01.

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:esp01.jpg

Una vez están todos los parámetros ajustados, seguimos el mismo procedimiento que hicimos son el esp32,

previa a la grabación del ESP01 es conveniente hacer un borrado previo pulsando el botón “ERASE”,

una vez asegurado el borrado podemos proceder a la grabación del firmware pulsando el botón “START”.

Una vez finalizada la grabación ya estará listo para el ensamblado. (el ESP01 no necesita de puesta en marcha).

 

Ensamblaje

A continuación mostramos el ensamblaje de todos los componentes, (Meter, Conversor Modbus, ESP32, ESP01, PWM y placa de relés) es importante seleccionar para el montaje solo los necesarios para el modo de trabajo que deseamos implementar incluidos los opcionales en su caso. (no es necesario montar todos los elementos de la figura, aunque si es viable hacer el montaje completo si se desea probar todos los modos).

[Ver tabla del apartado Hardware]

 

Puesta en marcha

Para la puesta en marcha no es imprescindible que este conectada la etapa de potencia (PWM).

Alimentar el ESP32 (bien por usb o bien con la alimentación que provea la placa PWM)

Al inicio encontraremos en el LCD (pantalla) del ESP32 unapantalla de bienvenida, y seguidamente una invitación a conectar vía wifi.

Cargando programa

Conectar a esta red (FreeDS) y cargar la IP 192.168.4.1para configurar

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:lcd iniciando.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:4.1.jpg

Debemos con un terminal con wifi, como puede ser un móvil, una tablet o un portátil, conectarnos a una nueva red wifi que tendremos disponible con el nombre de FreeDS, y cargar en un navegador la dirección 192.168.4.1 , es posible que el terminal (móvil, Tablet, etc) cargue la pagina automáticamente.

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:ssid.jpg

Seguimos las indicaciones que aparecen en pantalla, seleccionando del plegable “SSID” el nombre de nuestra wifi domestica (en todos los casos excepto en el modo “Solaxwifi v2 local” donde seleccionaremos el nombre wifi de nuestro inversor) y escribiendo la clave (atención a las mayúsculas) y pulsando el botón de “Guardar”.

Tras guardar los cambios el ESP32 se reiniciara automáticamente y arrancara con los nuevos parámetros.

Observación: Caso de configuración errónea del wifi o por querer hacer una conexión nueva a otro punto wifi, se podrá reiniciar el ESP32 a los valores de fabrica (vacío) manteniendo pulsado el botón PRG” situado en la placa ESP32 en la parte superior a la izquierda del LCD (pantalla) durante mas de 20 segundos.

El nuevo arranque con los nuevos valores si son correctos mostrara una serie de pantallas que relacionamos a continuación (1-4):

1

2

3

4

Cargando programa

Conectado a Red

IP del dispositivo

Pantalla de Informacion

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:lcd iniciando.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:lcd conectando.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:lcd ip.jpg

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:lcd reposo.jpg

A partir de este punto el resto de configuración, selección de modo y ajuste de los parámetros se hará vía web en la dirección que nos indique en el LCD (pantalla)

8) Parámetros del gestor (Configuración vía WEB)

Cargar en el navegador la dirección del FreeDS, que será del tipo 192.168.x.x (o bien 5.8.8.x exclusivamente para el modo de trabajo Solaxwifi v2 local).

Nos pedirá un nombre de usuario y contraseña para poder entrar, en ambos casos hay que teclear la palabra admin e iniciar sesión.

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:login.jpg

Acto seguido cargara la pagina principal de FreeDS.

 

FreeDS

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:freeds.jpg

La pagina principal es la de “Monitorizacion”, donde estarán disponibles los datos de medida en tiempo real y los indicadores de estado de los reles, que además permiten su activación/desactivación pulsando directamente sobre el icono del numero de relé del que queramos cambiar su estado.

Como podemos apreciar en la imagen hay 3 zonas de trabajo que son:

1- Selector de Modo, donde haremos el primer y mas importante ajuste, seleccionando el modo de trabajo que mas se adapte a nuestra instalación (de este ajuste dependerán el resto de opciones de los distintos menús)(el modo de trabajo se puede cambiar en cualquier momento, y el cambio de modo puede implicar nuevos ajustes)

2- Menú lateral, donde podremos seleccionar las distintas paginas para configurar todos los ajustes de FreeDS

3- Pagina principal, donde se podrán visualizar/ajustar los parámetros disponibles de cada pagina

 

Paginas de visualización y configuración de parámetros

1 – Monitorización

Es la pagina principal y en ella estarán disponibles los datos de medida en tiempo real y los indicadores de estado de los relés, que además permiten su activación/desactivación pulsando directamente sobre el icono del numero de relé del que queramos cambiar su estado (los nombres de las variables y sus medidas se adaptaran al modo de trabajo seleccionado inicialmente)

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:freeds monitorizacion.jpg

 

2 – Ajustes de Red

En esta pagina habrá que hacer los ajustes referentes a la red, estando disponibles los ajustes de:

Datos de conexión wifi” que se refiere a la conexión a la red domestica (o al inversor en el caso de modo Solax v2 local).

Datos Inversor” que se refiere a la conexión para toma de datos al SSID del inversor (solo disponible para el modo solax v2)

“Conexión de Red” donde podremos hacer los ajustes específicos de la configuración IP del ESP32 y el Nombre del Host (normalmente la configuración es automática y por tanto la opción “Direccion DHCP” esta activada por defecto, si se desean hacer ajustes manuales hay que desactivar dicha opción)

 

3 – Configuración

“Datos MQTT” para poder efectuar una conexión con servidor MQTT (mosquito), hay que activar la opción y después configurar los parámetros del servidor como pueden ser IP, usuario y contraseña, también están disponible para configurar el puerto y los temas si fuera necesario

“Cambio de Password” con esta opción podemos cambiar la contraseña que nos pide cuando hacemos la entrada inicial al configurador FreeDS, para ello hay que poner la clave actual (que por defecto es admin) en la casilla “clave de acceso” y a continuación la nueva clave que deseamos y para que los cambios sean efectivos pulsamos en el botón guardar.

“Api remota”

“Configuracion pantalla Oled” aquí podremos activar el apagado automático de la pantalla del ESP32 así como especificar el tiempo de espera antes del apagado, el tiempo hay que introducirlo en milisegundos (para 30 segundos habría que poner 30000)

“Tiempo máximo de error” aquí podremos especificar cuanto tiempo esperara el ESP32 antes de hacer un reinicio debido a la perdida de flujo de datos del equipo de medida ya sea este un meter o un inversor (u otro dispositivo opcional), con este tiempo damos margen a algún fallo puntual en el flujo de datos.

“Tiempo de adquisición de datos” aquí determinamos cada cuanto tiempo el ESP32 hace una petición de medida de datos (especificado en milisegundos), el valor por defecto es 1500ms que equivale a 1,5 segundos.

Al final de la pagina están los botones de “Guardar” para hacer efectivos los cambios de cualquier parámetros realizados en la pagina, y el botón de “Reinicializar” que nos permite descartar si hemos cambiado algún parámetro y no queremos que sea efectivo por tanto los cambios volverán a su estado original. Estos dos botones estarándisponibles también en las pagina de “Salidas”

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:freeds configuracion.jpg

 

4 – Salidas

En este apartado podremos configurar el comportamiento del derivador tanto en modo automático como los parámetros en modo manual,así como las salidas de relés.

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:freeds salidas.jpg

 

5 - Panel de control

Este menú no tiene pagina principal, el ajuste se hace directamente en la zona lateral, (este menú es ocultable) pudiendo ajustar:

- El nivel de brillo de la pantalla del ESP32 con el selector deslizante, también esta disponible la opción de apagar/encender la pantalla directamente, haciendo click sobre “Pantalla (ON)” o “Pantalla (OFF)” según corresponda y según el estado en que se encuentre la pantalla.

- Del mismo modo se puede proceder con el PWM(ON) para activar o desactivar la salida que controla la placa de potencia PWM (obteniendo como resultado un encendido o apagado de la placa de potencia).

- Y por ultimo “PWM AUTO/MAN” nos permite cambiar entre el modo automático, donde el derivador hace los ajustes automáticamente en función del excedente y el modo manual donde el derivador queda activado permanentemente (hasta un próximo cambio) con el porcentaje de salida que tengamos ajustado en el apartado “Porcentaje PWM en modo manual” que se puede ajustar en la pagina de “Salidas”

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:freeds panel control.jpg

 

6 – Reiniciar

Como su propio nombre indica nos permite reiniciar por software y desde el control web el ESP32, nos pedirá confirmación por si hubiésemos invocado esta acción involuntariamente.

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:reinici confirmacion.jpg

En este punto tenemos la opción de confirmar o rechazar el reinicio.

 

7 – Actualizar

Esta opción nos permite actualizar el firmware directamente con nuestro navegador web, no siendo necesario conectar al ordenador por usb el ESP32 para cambiar de versión. Podremos seleccionar el archivo directamente desde nuestro pc y actualizar (las actualizaciones son rápidas y sencillas, al final de cada actualización el ESP hará un reinicio automático para cargar desde cero el nuevo firmware)

Descripción: PCI:Users:juan:Desktop:ota.jpg