Arduino PV - Sterowanie grzałką bojlera zasilanego z PV

Witam
Mam pewien problem.
Potrzebuję pomocy w dobraniu elementu do sterowania grzałką w bojlerze. Grzałka ma 2000W.
Zasilana jest z paneli słonecznych. Jak dobrze świeci słońce to mam na stykach grzałki napięcie 240 V DC.Przy dużym nasłonecznieniu zaczyna niebezpiecznie wzrastać temperatura w bojlerze.
Należałoby rozłączyć zasilanie DC. Strasznie iskrzy przy odłączaniu.
Przy pomocy Arduino 0-5 V DC chcę sterować stycznikiem, przekaźnikiem. Program mam już napisany.
Proszę o pomoc w dobraniu takiego.

Chcesz odłączać w przypadku wzrostu napięcia powyżej jakiejś wartości czy wzrostu temperatury? Nie wiem po co zaprzęgać do tego procesor, wystarczy termistor i przekaźnik sterujący stycznikiem.

Chcę odłączyć po osiągnięciu zadanej temperatury.
Procesor będzie służył jeszcze do innych celów.
Zapis temperatury bojlera, o danej godzinie,napięcie na grzałce, sterowanie pompą obiegową CWU.
Jaki konkretnie stycznik ?

http://www.tme.eu/pl/details/11bg1201d024/styczniki-moduly-glowne/lovato-electric/

Np taki

Można też dodać kondensatory gasikowe na styki.

Ten stycznik ma zasilanie cewki 24V DC a Arduino ma napiecie 5 V DC

prefbol napisał:

Ten stycznik ma zasilanie cewki 24V DC a Arduino ma napiecie 5 V DC

Możesz sterować przez tranzystor.

prefbol napisał:

Ten stycznik ma zasilanie cewki 24V DC a Arduino ma napiecie 5 V DC

Nie ma potrzeby i sensu stosowania dzisiaj mechanicznych styczników/przekaźników szczególnie, gdy łączniki półprzewodnikowe są coraz tańsze i nie wprowadzają tak dużych zakłóceń, bądź mają wbudowane układy eliminujące je.
Przykładem może byc gotowy układ (SSR):
http://www.tme.eu/pl/details/a2425-10/przekazniki-ssr-jednofazowe/crydom/
- Jeżeli ten wydaje się być zbyt drogi (ok. 150 zł), to jest jeszcze inna opcja.
- O wiele taniej jest wykonać go we własnym zakresie z części dostępnych w handlu krajowym, na przykład: triac wyjściowy BTA40-700B - jeżeli potrzebujemy tak duży prąd grzałki 40 A lub 25 A. Układ zbudowany na ogólnie dostępnym schemacie z optotriakiem sterującym MOC2031 sterowany bezpośrednio z processora - jest ich setki w internecie ('solid state relay circuit').

e marcus

Ja to wszystko ogarniam, ale przykłady które podali koledzy dotyczą cały czas AC i sterowanie 24 V

prefbol napisał:

Ja to wszystko ogarniam, ale przykłady które podali koledzy dotyczą cały czas AC i sterowanie 24 V

Skoro cały system pracuje w układzie z prądem stałym to najłatwiej zrobisz to sterując mocą (grzałkę lub inny odbiornik) przez; jak wspomniałem wcześniej SSR lecz zamiast typowego dla przełączania AC wybierz odpowiedni dla pracy w ukladzie DC.
Na przykład: ASR10DD -H (?) albo raczej ASR25DD-H - patrz str. 2 na dole tabeli:

http://www.tme.eu/pl/Document/2a31510f65131a082404cbea8d19f04d/ASR_1f.pdf

- dla którego napięcie sterowania wynosi 3V do 32V (DC) - czyli może byc sterowany bezpośrednio z processora /(arduino). Ponadto, dodatkowo masz możliwośc sterowania mocą grzałki w dowolnym zakresie przez odpowiednią modulację PWM z processora, czego tradycyjny, mechaniczny przekaźnik nie jest w stanie dostarczyc. Szczegóły kontroli ujmiesz w programie w połączeniu z zależnością od zadanego zakresu temperatury.


e marcus

Właśnie takiej odpowiedzi oczekiwałem. Dzięki za pomoc.
Trochę drogie, ale takiego szukałem

Te SSRy mają maksymalne napięcie pracy 240vDC, więc jeśli panele pod obciążeniem dają 240V, to bez obciążenia napięcie może wzrosnąć ponad ich dopuszczalny zakres.
Do sterowania napięcia DC można użyć zwykły mosfet albo IGBT na napięcia 500V i więcej a do tego są tańsze. Np. IPP50R190CEXKSA1, IRG4PC30UDPBF.

emarcus napisał:

prefbol napisał:

Ten stycznik ma zasilanie cewki 24V DC a Arduino ma napiecie 5 V DC

Nie ma potrzeby i sensu stosowania dzisiaj mechanicznych styczników/przekaźników szczególnie gdy łączniki półprzewodnikowe są coraz tańsze i nie wprowadzają tak dużych zakłuceń, bądź mają wbudowane układy eliminujące je.

Nie do końca bym się z tą opinią zgodził. SSRy mają przewien spadek napięcia na złączu (1,2-2V), czyli już przy 2A wydziela się na nich nawet 4W. Gdzieś to ciepło trzeba odprowadzić. Rezystancja styków stycznika to będą miliomy. Po dodaniu gasika, iskrzenie i zakłócenia mogą nie być problemem. Tu mamy do czynienia z grzałką, czyli obciążeniem rezystancyjnym, nie stanowiącym problemów. W dodatku liczba cykli włącz/wyłącz będzie niewielka i stycznik może być dobrym rozwiązaniem. Przy SSRach warto też pamiętać, że muszą one wytrzymywać spore przepięcia i nominalne nap. pracy powinno być sporo wyższe niż napięcie dla którego SSRa chcemy użyć. Jeśli w obwodzie mamy 240V, to ja dałbym SSRa na napięcie co najmniej 500V.

Dodano po 3 [minuty]:

tantalos1 napisał:

Te SSRy mają maksymalne napięcie pracy 240vDC, więc jeśli panele pod obciążeniem dają 240V, to bez obciążenia napięcie może wzrosnąć ponad ich dopuszczalny zakres.
Do sterowania napięcia DC można użyć zwykły mosfet albo IGBT na napięcia 500V i więcej a do tego są tańsze. Np. IPP50R190CEXKSA1, IRG4PC30UDPBF.

A sterowanie IGBT ani nie jest proste, ani tanie... W dodatku napięcie nasycenia i grzanie się układu.
IMHO prosty stycznik na szynę DIN zapewnia nam niską cenę, bezpieczeństo i prostotę.

Może powinienem zacząć od tego.
Na stykach grzałki w pełnym słońcu jest 234 VDC. Arduino mierzy temperaturę wody w bojlerze co 5 minut. Jeżeli jest większa od 60 st C to daje impuls +5V na SSR, a ten rozłącza grzanie.

Czy tak mogłoby być?

tmf napisał:

tantalos1 napisał:
Te SSRy mają maksymalne napięcie pracy 240vDC, więc jeśli panele pod obciążeniem dają 240V, to bez obciążenia napięcie może wzrosnąć ponad ich dopuszczalny zakres.
Do sterowania napięcia DC można użyć zwykły mosfet albo IGBT na napięcia 500V i więcej a do tego są tańsze. Np. IPP50R190CEXKSA1, IRG4PC30UDPBF.


A sterowanie IGBT ani nie jest proste, ani tanie... W dodatku napięcie nasycenia i grzanie się układu.
IMHO prosty stycznik na szynę DIN zapewnia nam niską cenę, bezpieczeństo i prostotę.

Styczniki do pracy przy prądzie DC wcale nie są tanie. Przy prądzie DC styki się wypalają i wyagają lepszych materiałów do budowy. I dlatego z reguły wszystko co jest na prąd DC kosztuje 5x więcej niż do AC.
Do odprowadzania ciepła z tranzystora wystarczy niewielki radiator. Przy napięciu Uce = 1.95V i prądzie 8A radiator powinien odprowadzić ok. 16W. Mniejsze straty będą przy zastosowaniu 2 lub 3 MOSFETów połączonych równolegle.
Sterowanie bojlerem nie wymaga wysokich częstotliwości PWM i nie musi być ani skomplikowane ani drogie.

prefbol napisał:

Może powinienem zacząć od tego.
Na stykach grzałki w pełnym słońcu jest 234 VDC. Arduino mierzy temperaturę wody w bojlerze co 5 minut. Jeżeli jest większa od 60 st C to daje impuls +5V na SSR, a ten rozłącza grzanie.

Czy tak mogłoby być?

Jeśli panele pod obciążeniem dają 234V to bez obciążenia będzie z 280V, a te SSR są na maksymalnie 240V. To raczej nie będzie dobrze dla nich, ich zadaniem przecież ma być odłączanie obciążenia.

Dodano po 1 [godziny] 38 [minuty]:

prefbol napisał:

Witam
Grzałka ma 2000W.
Zasilana jest z paneli słonecznych. Jak dobrze świeci słońce to mam na stykach grzałki napięcie 240 V DC.Przy dużym nasłonecznieniu zaczyna niebezpiecznie wzrastać temperatura w bojlerze.

Tak z ciekawości zapytam, bo też zastanawiam się nad takim rozwiązaniem, jakiej mocy i ile paneli kolega używa do zasilania bojlera?

prefbol napisał:

. Jeżeli jest większa od 60 st C to daje impuls +5V na SSR, a ten rozłącza grzanie.

Czy tak mogłoby być?

Eh, chyba raczej odwrotnie (!) Podanie wysokiego impulsu na wejście raczej załączy SSR, natomiast stan niski powinien wyłączyc...

Przy podłączaniu źródła prądu i obciążenia do wyjścia SSR -(DC) należy zwrócic uwagę na sposób konfiguracji układu; po której stronie jest on względem obciążenia: 'high side' czy 'low-side' - nie jest to obojętne .
Należy pamiętac że wewnątrz na wyjściu jest już wbudowany: albo MOSFET (najczęściej N), albo IGBT. Instrukcja dołączona przy zakupie prawdopodobnie wyjaśni wątpliwości w podłączeniu.

Jeżeli ktoś ma ból głowy z powodu 'strat enegii' / na grzanie, to radiator albo SSR może byc zamontowany bezpośrednio na zbiorniku z wodą (bojler) , którego temperatura z założenia nie przekracza 60 st.C., wtedy cały zbiornik jest radiatorem.

Naturalnie, można taki układ wykonac we własnym zakresie, również na Mosfetach lub IGBT.
- byc może wyjdzie taniej..... (?)
Czy łatwo (?) - to zależy czym się dysponuje...

e marcus

[quote="emarcus"]

prefbol napisał:

Naturalnie, można taki układ wykonac we własnym zakresie, również na Mosfetach lub IGBT.
- byc może wyjdzie taniej..... (?)
Czy łatwo (?) - to zależy czym się dysponuje...
e marcus

SSRy są wygodnym rozwiązaniem do sterowania bojlerem z paneli solarnych, tylko ten typ który podałeś ma za niskie napięcie dopuszczalne. Jeżeli kolega prefbol preferuje SSR to powinien to być typ, który ma wyższe napięcie dopuszczalne, co najmniej 320V.

emarcus napisał:

Jeżeli ktoś ma ból głowy z powodu 'strat enegii' / na grzanie, to radiator albo SSR może byc zamontowany bezpośrednio na zbiorniku z wodą (bojler) , którego temperatura z założenia nie przekracza 60 st.C., wtedy cały zbiornik jest radiatorem.

Ból głowy wynika z tego, że gdzieś to ciepło trzeba odprowadzić. Kilkanaście watów to już nie mało. Radiator zajmuje miejsce i też trzeba to przemyśleć, no i dodatkowy koszt. Jeśli da się prościej to po co kombinować. Są zastosowania do których SSRy są dobre, są też takie, gdzie nie mają istotnych zalet.
Woda w zbiorniku często ma dużo powyżej 60 stopni, czasami celowo (dekontaminacja legionelli), a tu ze względu na okresowy nadmiar dostarczonej energii do zbiornika. Ale problemem IMHO istotnym jest pomysł wykorzystania obudowy zbiornika jako radiatora. Czy obudowa SSRa jest izolowana i jakie jest napięcie przebicia do obudowy? Nie znalazłem w nocie tego parametru. A warto się tym zainteresować, żeby potem nie mieć całej instalacji na potencjale 240V.

tantalos1 napisał:

Jeżeli kolega prefbol preferuje SSR to powinien to być typ, który ma wyższe napięcie dopuszczalne, co najmniej 320V.

Czyżby ten układ, o dostatecznie wysokich parametrach (U= lub powyżej 240V oraz dostarczający około 2 kW mocy szczytowej), nie posiadał regulacji napięcia?
A także nie ma przewidzianego sposobu akumulacji nadwyżki energi w okresach pełnego nasłonecznienia, aby ja wykorzystac w innym czasie?; a co jest z możliwościa użycia tej energii do innych celów (chocby tylko własnego domowego użytku oprócz grzałki w bojlerze? Jaki miałby sens inwestowania w solar system wykorzystany tylko i wyłącznie dla jednej grzałki w nie kontrolowany (dziki) sposób?

Ludzie instalują dośc duże systemy słoneczne dla własnego użytku, z których nadwyżkę energii odprowadzają/(sprzedają) do lokalnej sieci energetycznej.

e marcus

tantalos1 napisał:

Tak z ciekawości zapytam, bo też zastanawiam się nad takim rozwiązaniem, jakiej mocy i ile paneli kolega używa do zasilania bojlera?

Możesz sam 'z grubsza' policzyc w prosty sposób:
Przyjmuje się że 1m. kw. dostarcza 1000W ;
- wydajnośc słoneczna jest na poziomie 13%, 15% a nawet 20% w zależności od użytych ogniw.
Biorąc pod uwagę nie więcej niz 5 godzin średniego nasłonecznienia w ciągu dnia, otrzymasz:
Załóżmy ze masz panel o powierzchni 2 m kw.
2 [m.kw] * 1000W= 2000;
=> 2000 * 0.20[max wydajnośc 20%] = 400;
=> 400 * 5 [godz] = 2000 Wh ; => ~ 2 kWh energii na dzień

e marcus

emarcus napisał:

O wiele taniej jest wykonać go we własnym zakresie z części dostępnych w handlu krajowym, na przykład: triac wyjściowy BTA40-700B...

Tylko czy triak się wyłączy przy prądzie stałym ?

SylwekK napisał:

Tylko czy triak się wyłączy przy prądzie stałym ?

A czy jesteś pewny że ten solar panel dostarcza 240 VDC /2000 W i nie posiada invertera tak jak podaje autor?
Chciałbym widziec taki PV panel/ (system)......

Czytaj resztę dyskusji w tym wątku....

e marcus

Wg pierwszego postu autora napięcie w obwodzie jest stałe bez invertera i w pełni zależne od nasłonecznienia, tak więc uzasadnina była moja obawa o triak. Gdyby autor pisał o prądzie przemiennym to nie byłoby tematu - triak załatwił by wszystko niskim kosztem. Nie odbieraj mojego postu jako atak, bo nie wątpię w Twoją wiedzę, a przeoczenia zdarzają się każdemu W dalszej dyskusji jest propozycja z mosfetami i ja również stawiałbym na jakieś PWM z ich użyciem co zpewne wyszło by jednak taniej (o ile wiedza konstruktora jest wystarczająca) niż drogie fabryczne rozwiązania.

prefbol napisał:

Witam
Grzałka ma 2000W.
Zasilana jest z paneli słonecznych. Jak dobrze świeci słońce to mam na stykach grzałki napięcie 240 V DC.Przy dużym nasłonecznieniu zaczyna niebezpiecznie wzrastać temperatura w bojlerze.

Tak z ciekawości zapytam, bo też zastanawiam się nad takim rozwiązaniem, jakiej mocy i ile paneli kolega używa do zasilania bojlera?[/quote]

Panele słoneczne GS-50 48 sztuk, 6 stringów po 8 sztuk.

Ponawiam prośbę o pomoc, temat dalej nie rozwiązany, z tabeli dostępności SSR-ów nie ma mocniejszych tzn na większe napięcie DC spełniające moje oczekiwania.
Pozdrawiam

prefbol napisał:

prefbol napisał:

Witam
Grzałka ma 2000W.
Zasilana jest z paneli słonecznych. Jak dobrze świeci słońce to mam na stykach grzałki napięcie 240 V DC.Przy dużym nasłonecznieniu zaczyna niebezpiecznie wzrastać temperatura w bojlerze.

Tak z ciekawości zapytam, bo też zastanawiam się nad takim rozwiązaniem, jakiej mocy i ile paneli kolega używa do zasilania bojlera?

Panele słoneczne GS-50 48 sztuk, 6 stringów po 8 sztuk.

Ponawiam prośbę o pomoc, temat dalej nie rozwiązany, z tabeli dostępności SSR-ów nie ma mocniejszych tzn na większe napięcie DC spełniające moje oczekiwania.
Pozdrawiam[/quote]

Przecież pełną odpowiedź już dostałeś - jeśli masz DC, to albo MOSFETy na wysokie napięcia, albo IGBT + sterowanie PWM lub żadne, jeśli regulację zapewnia przetwornica dająca już te 230 V.
Swoją drogą do grzania bojlera to dziwny pomysł, żeby wykorzystać fotowoltaikę. Nie prościej było zainwestować w klasyczny panel, np. próżniowy - wydajność o wiele większa i cena o wiele niższa.

prefbol napisał:

Panele słoneczne GS-50 48 sztuk, 6 stringów po 8 sztuk.

Ponawiam prośbę o pomoc, temat dalej nie rozwiązany, z tabeli dostępności SSR-ów nie ma mocniejszych tzn na większe napięcie DC spełniające moje oczekiwania.
Pozdrawiam

Temat może nie rozwiązany, ale w pewnym pojęciu wyczerpany...

Problem pomoże ci rozwiązac osoba projektująca twój system....

Niemniej jednak wracając na moment do podstaw teoretycznych:
Ogniwo photovoltaiczne (PV) przy pełnym oświetleniu generuje napięcie ok 0.5V.
Ogniwa te można łączyc szeregowo; - zyskując na napięciu wyjściowym ('suma' Vmp * n), oraz równolegle; - zyskując na obciążalności/wydajności prądowej (też 'suma' Imp *n). W tej ostatniej konfiguracj napięcie pozostaje na poziomie pojedynczego łączonego segmentu.
Dotyczy to także różnej/mieszanej kombinacji zespołowej (wszystkie ogniwa są identyczne).

Popatrz na twoją konfigurację:
Każdy twój panel ma wewnątrz juz jakąś swoją (znaną dla producenta) konfigurację, która w/g datasheet daje na wyjściu parametry:
Wydajnośc prądowa: .......... 1.17A ; - 8 szt 'w stringu'/połączonych równolegle - daje około 9A
Napięcie pod obciążeniem dla 8-panelowego 'stringu'- pozostaje na poziomie każdego z paneli i wynosi około 42V.
Łącząc te 'stringi' (6 szt) szeregowo, otrzymałeś w sumie wyjście:
Napięcie : około 240V i wydajnośc - też około 9A.
Całkowita maxymalna moc systemu - około 2 kW

Z drugiej zaś strony, w dalszej części datasheet podaje że : napięcie w stanie otwartego obwodu dla pojedynczego panela wynosi Voc = 62V co z kolei, przy twojej konfiguracji dałoby 382V DC (6 * 62) i dla takiego napięcia należałoby dopasowac elemety przełączające.

W praktyce stosuje się raczej innego rodzaju konfigurację dającą niższe napięcia wyjściowe DC, które z kolei jest podłączone do inverterów w każdej gałęzi dając na wyjściu ustalone/nominalne napięcia AC o zsynchronizowanej częstotliwości z lokalną siecią (wymaga podłączenia sterowania invertera do sieci). Daje to możliwośc równoległego łączenia wyjśc z inverterów , - zyskując na sumarycznej obciążalności, oraz możliwości transformacji poziomu napięcia dla konkretnych potrzeb. Bilans mocy pozostaje na tym samym poziomie.
Ponadto, jeżeli nie ma pełnego wykorzystania produkowanej energii dla własnych potrzeb (poza grzałką), to nadwyżkę można wysłac do sieci energetycznej (tu jednak będą pewne wymogi ze strony nadzoru sieci energetycznej).
Jeżeli nie stosuje się odsprzedaży nadwyżki energii , to wystarcza utworzyc własną (lokalną) siec AC, o parametrach podłaczanych urządzeń, wtedy nie ma potrzeby synchronizacji częstotliwości z siecią. Przy większej ilości inverterów, odpowiednie ich łączenie powduje wspólną ich synchronizację, umozliwiającą równoległe łączenie wyjśc. Szczegóły ich podłączenia będą w instrukcji inverterów.

e marcus

Temat jak zaznaczył emarcus zdaje się być wyczerpany.
Gwoli wyjaśnienia. Panele w moim przypadku były dość spontanicznie instalowane i są tak jak są połączone. Obecnie nie mam ani chęci ani sposobu aby to zmienić. Z zasady nie były montowane do odsprzedaży prądu, ze względu na niejasne przepisy OZE oraz sposób rozliczenia za prąd z ZE. Temat był śledzony przeze mnie od kwietnia 2015 roku. GS-y były montowane przed zimą w październiku, tak na prawdę do ogrzewania podłogowego. Nie zdawałem sobie jednak sprawy, że jest to okres bardzo słabego nasłonecznienia i efekt grzania jest znikomy.
W dyskusji pojawił się też temat grzania wody w bojlerze przy pomocy paneli próżniowych. Temat został zarzucony ze względu na skomplikowany sposób montażu w moim przypadku.(prowadzenie rur z dachu itp). Wolałem wybrać kable.
Jeżeli chodzi o wydajność to dla mnie jest zadowalająca.
Przy słonecznym dniu mam 120 l wody o temp ok 80 st C. wieczorem do dyspozycji.

Reasumując należałoby zmienić system połączeń paneli aby móc sprawniej i łatwiej sterować zasilaniem z nich.

Dziękuję wszystkim za cenne wskazówki i zaangażowanie.
Szczególnie emarcusowi.

Temat uważam za wyczerpany.