Il collante

Piattaforma di supervisione SCADA e orchestrazione predittiva locale per 25.05 kWp di fotovoltaico e 36 kWh di batterie LiFePO4: driver Modbus/PI30, SSOT a microservizi, solutore HiGHS MILP e cockpit reattivo.

Dashboard Solare: Sinottico Flussi Real-Time

Il Contesto Fisico: Unire Due Inverter Incompatibili

Gestire la produzione e i consumi di un’abitazione con grande capacità energetica presenta una sfida enorme se gli apparati provengono da produttori con filosofie differenti:

  • 25.05 kWp di campo solare: 14.0 kWp su falda tetto principale (Sud-Est e Sud-Ovest) + 11.05 kWp su pergola fotovoltaica bifacciale.
  • 36.0 kWh di accumulo LiFePO4: 20.0 kWh ad alto voltaggio (doppia torre Huawei LUNA2000 HV) e 16.0 kWh a bassa tensione 48V (banco HumsiENK 16S).
  • Due inverter concettualmente divergenti:
    1. Huawei SUN2000-10KTL-M1 (Trifase On-Grid): Connesso alla rete Enel e allo Smart Meter DTSU666-H. Lavora con altissima efficienza (95%) e dialoga via porta di rete con protocollo Modbus-TCP (porta 6607).
    2. Datouboss DT4811B 11 kW (Monofase Off-Grid): Alimentato in AC-IN dall’uscita di Huawei e dotato di un canale inverter a isola pura che eroga energia a tutto il quadro di casa garantendo commutazione UPS istantanea (<15ms) in caso di blackout. Comunica via porta seriale RS232 a 2400 baud con protocollo Voltronic PI30.

Nessun software commerciale al mondo è in grado di far cooperare queste due macchine. Senza un’orchestrazione software centralizzata, i due inverter entrerebbero in conflitto costante, ricaricando le batterie a vicenda o prelevando dalla rete a pagamento.

Schema SCADA Unifilare Centrale

L’Architettura Software: Single Source of Truth (SSOT)

Per garantire la massima sicurezza elettrica e scongiurare corruzioni di configurazione causate da accessi concorrenti, la SolarDashboard e il motore Solar Hub v4.0 sono strutturati attorno al principio del Single Source of Truth (SSOT):

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│             1. Ingestione Hardware Eterogenea          │
│   • Huawei Modbus-TCP (192.168.200.1:6607)             │
│   • Datouboss Seriale RS232 / PI30 (2400 baud CRC-16)  │
│   • Wallbox EV Tuya Local (192.168.10.231)             │
│   • Clima & VMC Fantini Cosmi (Sensori PM2.5, T_oda)   │
│   • Previsioni Satellitari Solcast + Prezzi GME PUN    │
└───────────────────────────┬────────────────────────────┘
                            │
                            ▼
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│             2. Single Source of Truth (SSOT)           │
│   • ConfigManager: Lock kernel fcntl + scrittura atomica│
│   • SystemStateHub: Normalizzazione fisica in memoria  │
│   • Physical Safety Envelope: Vincoli termoelettrici   │
└───────────────┬────────────────────────┬───────────────┘
                │                        │
                ▼                        ▼
┌──────────────────────────┐  ┌──────────────────────────┐
│  solar-planner.service   │  │    solar-web.service     │
│  • HiGHS MILP 48h Solver │  │  • Real-Time SSE Stream  │
│  • Co-Ottimizzazione EV  │  │  • React 18 SPA Cockpit  │
└──────────────────────────┘  └──────────────────────────┘
  1. ConfigManager Autorativo: Garantisce scritture atomiche su file system (os.replace) con locking a livello di kernel Linux (fcntl.flock) per eliminare ogni rischio di corruzione JSON in caso di riavvio improvviso.
  2. SystemStateHub: Riceve e normalizza tutti i canali hardware eterogenei, calcola lo stato della batteria combinata reale (36 kWh), applica il safe-zero defaulting per le letture che diventano stale e distribuisce snapshot immutabili agli altri microservizi con latenza inferiore a 1 millisecondo.
  3. Physical Safety Envelope: Involucro di protezione invalicabile dal software che impone limiti fisici invalicabili su correnti massime, temperature delle celle e soglie di scarica profonda.

Snippet di Codice: Calcolo CRC16 e Driver Seriale PI30

Il protocollo seriale Datouboss PI30 impiega un checksum ciclico proprietario a 2 byte per convalidare ogni comando e ogni stringa di telemetria. Ecco la funzione ottimizzata in core/datouboss_driver.py:

def calc_crc(cmd: bytes) -> bytes:
    """
    Calcola il checksum CRC-16 per i frame del protocollo Voltronic PI30.
    I caratteri speciali di controllo (CR, LF, '(') vengono traslati di 1 byte.
    """
    crc = 0
    for b in cmd:
        crc = ((crc << 8) | (crc >> 8)) & 0xFFFF
        crc ^= b
        crc ^= (crc & 0xFF) >> 4
        crc ^= (crc << 12) & 0xFFFF
        crc ^= ((crc & 0xFF) << 5) & 0xFFFF
    crc &= 0xFFFF
    
    b1 = (crc >> 8) & 0xFF
    b2 = crc & 0xFF
    
    # Escape dei caratteri riservati di framing PI30
    if b1 in (0x0A, 0x0D, 0x28): 
        b1 += 1
    if b2 in (0x0A, 0x0D, 0x28): 
        b2 += 1
        
    return bytes([b1, b2])

Mobilità Elettrica & Allocazione Dinamica Carica EV

Ottimizzazione Globale HiGHS MILP & Co-Ottimizzazione EV

A differenza dei semplici relè a soglia, la SolarDashboard incorpora un pianificatore matematico orario ad anello chiuso basato su programmazione lineare a variabili intere miste (MILP con solutore open source HiGHS):

  • Water-Filling Budget Allocator: Bilancia istante per istante il surplus solare tra la ricarica dell’auto elettrica e le pompe di calore: $$P_{\text{ev_budget}} + P_{\text{th_budget}} \le P_{\text{avail_surplus}} + P_{\text{bess_boost}}$$
  • Cannibalizzazione Predittiva: Se il solutore sa con certezza statistica (previsioni Solcast) che il sole del primo pomeriggio genererà oltre 30 kWh, autorizza l’auto a prelevare energia dalle batterie stazionarie al mattino presto, garantendo che le batterie tornino comunque al 100% prima del tramonto.
  • Modello Inerziale dell’Edificio: Modello termodinamico $1R-1C$ con costante di tempo $\tau \approx 51\text{h}$ per preriscaldare la casa nelle ore a PUN basso o surplus elevato, trasformando la massa muraria in un accumulatore termico gratuito.

Planner HiGHS MILP 48h con Solcast

Cockpit Fisico ESP32-P4 & Risultati sul Campo

  • Cockpit Touch Dedicato: Oltre alla Web UI accessibile da smartphone e PC, il sistema invia stream JPEG compressi via rete locale a un display touch da banco basato sul nuovo microcontrollore ESP32-P4 con interfaccia grafica vettoriale LVGL.
  • Autoconsumo Reale: Superiore al 92% su base annua, con autosufficienza energetica quasi totale da marzo a ottobre.
  • Resilienza Totale: Oltre 160 test unitari continui eseguiti ad ogni aggiornamento e hot-backup atomico notturno compresso su host Proxmox ZFS.

Codice sorgente, schemi elettrici e file di configurazione sono disponibili su GitHub.

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