Bojler, PV i dwie grzałki

Tak czy inaczej do wyboru są dwie opcje
- mikroprocesor
- cyfrówka + komparatory

===============================

Spojrzałem na małe Attiny od Atmela i chyba tutaj nadawałaby się Attiny24 - ma 14 łapek.

Wreszcie narysowałem kompletny schemat:



Użyłem transoptorów PC817 bo mam ich na kopy, zresztą nie znam się na tym więc nawet nie szukałem innych. Problem w tym, że będą one pracowały na napięciu wahającym się od kilkudziesieciu do nawet 200V (gdy będzie przerwa w obwodzie grzałek). I tu zaczynają się schody bo ciężko dobrać odpowiedni rezystor i dlatego narysowałem dwie opcje. Dolna zawiera mniejszy rezystor ale za to w ekstremalnych warunkach (obwód otwarty, np. po zadziałaniu termostatu w bojlerze) może sie na nim wydzielać nawet 4W (podczas normalnej pracy max 2W). Dla zabezpieczenia transoptora przed odwrotną polaryzacją dałem szeregowo diodę ale obawiam się o prawidłową pracę na małych napięciach. Układ powinien startować przy napięciu nie mniejszym niż 60V na PV czyli ok. 20V na dolnej grzałce (połączenie szeregowe). Wtedy przez rezystor płynie zaledwie 2 mA i nie wiem czy tak zastosowana dioda nie wyłączy transoptora. Nie wykluczam, że "w praniu" wyjdzie na to, iż start musi nastapić przy 10V na dolnej grzałce (30V na PV) i wtedy prąd płynący przez LED transoptora spadnie poniżej 1 mA. Dlatego rozważam inną opcję, dwie diody zenera 2.7V połączone jak na rysunku - zabezpieczają przed odwrotnym połaczeniem PV (dla PC817 wynosi 6V) i przy okazji pilnują max napięcia pracy LED. Na górnej grzałce w połączeniu szeregowym jest 2x większe napięcie niż na dolnej więc dałem 20 kΩ/2W (max 1W podczas pracy). Gdyby jakimś cudem transoptor pewnie pracował przy 2x mniejszym prądzie (1 mA) byłoby bardzo dobrze, bo mógłbym zredukować moc rezystorów z 10k/4W na 20k/2W na dole oraz z 20k/2W na 47k/1W na górze. Wyjdzie w praniu...

Równolegle do styków przekaźnika dałem kondensatory C2 zabezpieczajace przed iskrzeniem. Kondensatory C1 podłączone równolegle do LED transoptora mają za zadanie opóźnić jego zadziałanie czyli załączenie drugiego przekaźnika. Gdy dany przekaźnik rozewrze się kondensator będzie ładowany przez rezystor co przez pewien czas utrzyma napięcie poniżej świecenia LED w PC817. Gdyby z jakiegoś powodu styki "odbiły" to po zwarciu kondensator się rozładuje i po rozwarciu znowu opóźni zadziałenie drugiego przekaźnika. Gdyby doszlo do mechanicznego uszkodzenia (np. zgrzania styków) transoptory nie pozwolą na załączenie drugiego przekaźnika. I tu jest problem bo rezystory jakie widać na schemacie dobrałem trochę "na chybił trafił". Po prostu poszukałem w necie podobnego układu i skopiowałem wartości rezystorów. Losowe są też wartości rezystorów przy tranzystorze sterującym przekaźnikami.

Mam nadzieję, że po dobraniu rezystorów układ zadziała jak należy. Niestety mam coraz mniej czasu więc poczeka do lata - zwykłe zlożenie i przetestowanie cyfrówki zajmie mi kilka godzin. No nic, "sterownik" rezystorowy na razie działa więc nie spieszy mi się

Jakiś schemat już jest.
Sugeruje bez pośpiechu uruchamiać poszczególne bloki, tym bardziej że masz tam działający trochę prymitywniejszy układ. Gdyby był jakiś sensowny prosty symulator można by zobaczyć na ekranie co i jak, ale ja nie bardzo znam takowy.

Kiedyś próbowałem nauczyć sie obsługi SPICE ale szybko poległem. Właśnie przyszła mi do głowy pewna myśl - wykorzystać wcześniej wykonany prymitywny układ do testowania nowego. Mam tam dobry dostep do wpięcia ACS712 czyli mogę uruchomić komparatory i patrzeć jak reagują na zmiany prądu płynącego przez grzałki oraz z grubsza je wyregulować. Po prostu przełączanie grzałek przy pomocy mojego "sterownika" na rezystorach da wystarczajace wahania prądu i napiecia aby zobaczyć jak działa układ bez konieczności jego pełnego podłaczenia. Później może zajmę się sterowaniem przekaźnikami bez części cyfrowej i dodam transoptory i dopiero na koniec sprawdzę czy cyfrówka działa. Co najważniejsze już 1 komparator bezpośrednio sterujący tylko przekaźnikiem górnej grzałki daje mi funkcjonalność "sterownika" na rezystorach. Z tego powodu może podzielę prace na dwa etapy - zrobię komparatorowy zamiennik mojego "sterownika" który zajmie jego miejsce, a następnie po jego dokładnym przetestowaniu dodam dolną grzałkę, transoptory oraz cyfrówkę.

Patrząc na schemat przemyślałem tez kwestię transoptorów i mocy wydzielanej na rezystorach. Dolny przekaźnik będzie zwierany jako pierwszy więc nie musi pracować na aż tak niskim napięciu jak wyżej napisałem. Dopiero przy przełączaniu z górnej na dolną będzie ważny lecz wtedy napięcie będzie sporo wyższe i wystarczy 15k/3W. Poszukałem informacji o PC817 i chyba zadziała przy 1 mA więc spróbuję zrobić układ z rezystorami 47k/1W oraz 33k/1.5W - podczas normalnej pracy będą w sumie wydzielały 1W więc problemu z chłodzeniem nie będzie. Jak nie zadzaiła zacznę główkować co z tym fantem zrobić - większe moce rezystorów i lepsze chłodzenie czy szukać innego transoptora.

Korzystając z wiosennych porzadków zrobiłem casting na najlepszy zasilacz. I chyba trafiłem na niekwestionowanego mistrza - ładowarka od starego Siemensa MT50. Działa już przy 30V i ma idealne napiecie dla moich celów - 6V. Co prawda prąd to zaledwie kilkaset mA lecz układ nie powinien pobierać więcej niż 200 góra 300mA więc powinna być na styk.

No to czekamy na efekty praktyczne.

Miałem trochę wolnego czasu więc nieco pchnąłem projekt do przodu. Ale w ntrochę innym kierunku niż ostatnio napisałem. Gdy przystapiłem do pierwszych prac nie miałem jeszcze ACS 712 więc wykonałem jego elektroniczny zamiennik z diod i rezystora dużej mocy. I wtedy zauważyłem, że może on jednoczesnie służyć jako źródło zasilania: 3 diody prostownicze dają ok. 2.1V spadku napięcia co wystarcza do zasilania wielu układów. Gdy doda się do tego spadek napięcia na rezystorze pomiarowym 0.15Ω/5W mamy ok. 2.5V więc bez problemu można zasilać przekaźniki 3V czy niskonapięciowe komparatory (np. LM393). Na bazie tego wykonałem chyba najprostszy możliwy regulowany sterownik zwierajacy jedną grzałkę jaki można sobie wyobrazić:



Ze względu na mniejszy spadek napiecia użyłem rezystora MOSFET, konkretnie 40N03 bo mam ich pełną szufladę. Z tego samego powodu zastosowałem potencjometr wieloobrotowy 100k (kiedyś używano ich do strojenia kanałów w TV). Zasada działania jest banalnie prosta - spadek napiecia na R1 zależy od płynącego prądu, a dzielnik na rezystorze 200k i potencjometrze 100k steruje tranzystorem. Gdy prąd płynący przez D1-D3 i R1 przekroczy pewną wartość napięcie na tranzystorze wystarcza do załaczenia przekaźnika. Ten sposób sterowania daje bardzo dużą histerezę gdyż napiecie załaczania przekaźnika jest znacznie wyższe od napiecia wyłaczania. Tej wady nie będzie miał układ z komparatorem który zamierzam wykonać gdy dostanę LM393 (nota bene można nim zastapić 2xLM311 z poprzedniego schematu bo ma dwa wzmacniacze w jednej 8-mio nóżkowej obudowie). Chociaż takie bezzasilaczowe sterowniki wydzielają dużą moc (w przypadku 3 diod do 15W) więc bez dobrego chłodzenia się nie obejdzie rozwiązują jeden z moich problemów. Zimą nie muszę grzać bojlera więc PV będzie współpracowała z grzejnikami małej mocy. Wystarczy mi odłączanie jednego z nich, a max. prąd płynący przez układ nie przekroczy 3A czyli moc tracona wyniesie kilka W więc bezzasilaczowy układ powinien doskonale się sprawdzić. Jakby co mam 5V przetwornice DC-DC przeznaczone do urz. bateryjnych działające już od 1V i dające 0.5A. Przy ich użyciu można zobić nawet dosyć zaawansowany uład ale i tak należy rozpraszać dużą moc co w moim wypadku będzie trudne. W tym wypadku można zrezygnować z D3 co ograniczy straty mocy (w układzie pracującym na bojler do max 10W) ale zawsze należy pamiętać o jednym: bez dobrego rozraszania mocy może dojść do przepalenia diod lub rezystora i wtedy elektronika dostanie pełne napięcie z PV co oznacza jej zniszczenie. Z tego powodu należy zachować dużą staranność podczas lutowania ze sobą D1-D3 i R1 gdyż każda niedoskonałość może skutkować wzrostem napięcia aż do wartości max czyli prawie 200V!

Pełny układ zrobię z ACS 712 i oddzielnym zasilaczem impulsowym. Gdy szukałem komparatorów o niskim napięciu zasilania trafiłem na kości z 4-ma wzmacniaczami operacyjnymi. I wtedy zacząłem sie zastanawiać czy nie da się zrobić pełnego układu na 4 komparatorach? I chyba znalazłem rozwiązanie: 2 komparatory będą użyte jak na schemacie, jeden będzie robił za bramkę NOT i zostaje jeden. Być może przy pomocy kondensatora i rezystorów uda mi się z niego wykonać układ podtrzymujący 1-kę na US2 przez co całość da się wykonać na jednym 14-to nóżkowym LM 339. Jest to dla mnie o tyle ważne, że chcę wszystko upchnąć w miejsce po jednym gniazdku, a tam trochę ciasno jest...

Na takich prostych drobiazgach zbiera się dobre doświadczenia w poznawanej dziedzinie.

Jeżeli chodzi o podzespoły elektroniczne to wcale nie muszą to być konkretnie komparatory, wzmacniacze operacyjne też mogą być. Przykładowo 2 wzmacniacze w jednej obudowie zasilane pojedynczym napięciem zasilania (zdaje się od 3V) masz w LM358, w LM324 masz 4 wzmacniacze, ale nie pamiętam od jakiego napięcia zasilania pracują.

Jak masz te 40N03 to spokojnie możesz ich użyć do sterowania przekaźników w cyfrówce.

Na razie zbieram potrzebne podzespoły i udało mi się prawie wszystko skompletować. Przerobiłem też potrójne gniazdo do swojego sterownika oraz sprawdziłem czy wszystko sie zmieści. Pierwsze próby "na sucho" powiodły się, pasuje jak ulał



Jedno gniazdo wymontowałem i tam umieszczę elektronikę. Na zdjęciu widać podłączoną płytkę z ACS712 oraz rzucone luzem LM339 i 40N03. W tym miejscu będą jeszcze diody, rezystory, potencjometry itp drobnica która powinna bez problemu się zmieścić. Poniżej jest klapka gdzie w otwory po bolcach włożyłem LED (słabo widać, na dole zielona która pokaże nap. zasilania, a wyżej czerowna i żółta pokazujące która grzałka pracuje). Tam gdzie zostały gniazdka są kondensatory zabezpieczające przed iskrzeniem, przekaźniki 3V oraz 2W rezystory które będą zasilały LED w transoptorach. Trochę szkoda, że bezzasilaczowe sterowniki wytracają kilkanaście W mocy bo byłyby idealne. Niestety trudno w takie potrójne gniazdo upchnąć jeszcze radiatory więc o ile niczego nie wymyślę muszę używać oddzielnego zasilacza.

Całkiem zgrabnie to wychodzi.
No i od razu masz rozwiązany problem który jest bolączką większości takich konstrukcji - obudowa

Przypomniały mi się początki zabawy w elektronikę. Za PRL małe układy wkładało się do plastikowych mydelniczek, a do większych trzeba było wystrugać obudowę z drewna. W porównaniu z tamtymi czasami teraz mamy raj - obudowy do wyboru do koloru

Ciągle myślę nad układami bez zasilacza i chyba mam rozwiązanie problemu chłodzenia. Gdybym przeniósł kabel zasilający na przód gniazdka, a całą elektronikę umieścił w środku to z tyłu mogę dać całkiem spory radiator. Używając przetwornicy DC-DC działajacej od 1V musiałbym rozpraszać do 10W, a bez tego by uzyskać napięcie 3V ok. 20W - to da się zrobić. Taki układ miałby jeszcze inną zaletę bo łącząc rezystor i diody robiące za zasilacz i ACS712 między grzałkami (tak jak w pierwszym schemacie bezpośrednio zasilajacym przekaźnik) mógłbym uprościć układ. Chodzi o transoptory które byłyby niepotrzebne, zamiast nich dałbym MOSFET czyli mógłbym użyć kilkusetomowych rezystorów więc odpada problem z ich mocą. Sama idea badania czy grzałka jest zwarta wygląda prosto: jeśli napiecie na górnej jest wyższe od nap. zasilania, a na dolnej ujemne to znaczy, że nie są zwarte. Górna to żaden problem - w/w tranzystor + kilka rezystorów, dam radę zrobić. Nie mam tylko pojęcia jak wykonać układ który przy ujemnym napięciu wystawi dodatnie konieczne do odblokowania diod robiacych za bramkę AND, a przy braku napięcia (grzałka zwarta) zablokuje te diody czyli tranzystor sterujący przekaźnikiem.

Witam
Chciałbym wykonać grzanie wody bojlera na okres letni pomysłu gaz4 czyli bezpośrednie podłączenie paneli bez żadnych sterowników.
Tak dlatego że ten projekt finansuję osobiście dla rodziny bo nie mogę patrzeć jak w upalne dni palą w piecu CO aby mieć ciepłą wodę. A jak wiadomo rozpalenie w piecu w upalne, bezwietrzne dni nie należy do najprzyjemniejszych.
Oczywiście zdaję sobie sprawę że sprawność takiego połączenia będzie ograniczona ale chodzi tylko o grzanie w lecie. ( W przyszłości może dodam jakiś sterownik choćby tylko PWM)
Dane zestawu:
Bojler pionowy Galmet SWG(S) 120 L z grzałką na dole 2 KW. (Nie da się wstawić dodatkowej grzałki na środku wysokości bojlera ponieważ w tym modelu będzie kolidować z wężownicą CO.
Cztery panele polikrystaliczne o napięciu pracy 29,7 V 250 W
Planuję jeszcze dodać Woltomierz, Amperomierz i wyłącznik.
A pytanie moje dotyczy termostatu bimetalicznego. Teoretycznie przy ustawieniu na max temperatury nie powinien zadziałać, ale gdyby zadziałał to pytanie do użytkownika gaz4 czy dodatkowy kondensator jest w stanie wygasić łuk przy tych parametrach zasilania.
Na co dzień nie będę w stanie tego doglądać ze względu na odległość stąd moje pytanie wyprzedzające.
Pozdrawiam

Zastosuj przekaźnik półprzewodnikowy i podłącz go do termostatu.

prose wrote:

Zastosuj przekaźnik półprzewodnikowy i podłącz go do termostatu.

Zastanawiałem się na tym bo przekaźniki te znacznie staniały. Musiałbym jednak tak go zainstalować aby możliwe było awaryjne wykorzystanie grzałki bojlera na 230 V AC

Z iskrzeniem mechanicznych termostatów jest różnie, mam czajnik który bez żadnych dodatkowych elementów nie iskrzy. Z drugiej strony mam też kuchenkę oporową gdzie kondensator podłączony równolegle ze stykami termostatu nic nie daje, ciągle iskrzy. To zależy nie tylko od samego termostatu ale także indukcyjności grzałki. Jednak po wstawieniu kilku kondensatorów mogę stwierdzić, że ta metoda ma ok. 80% skuteczność, na 5 jeden nie działa prawidłowo. Ponieważ tego typu kondensatory są tanie (a nawet bezkosztowe, można je wyjąć np. z uszkodzonego zasilacza komputerowego) warto je wlutować - z całą pewnoscia nie zaszkodzą. W moim bojlerze sprawował się doskonale i chociaż termostat się zepsuł to mechanicznie, od częstego kręcenia. Po jego rozebraniu na stykach nie zauważyłem nawet śladu przypalenia. Skuteczność można sprawdzić "na słuch", jeżeli po rozłaczeniu termostatu słychać iskrzenie to znaczy, że metoda nie działa i może ulec uszkodzeniu. Rozłączanie powinno być pewne, bez dodatkowych odgłosów.

Oprócz kondensatora do zabezpieczenie termostatu można też dodać zabezpieczenie przeciwprzepięciowe w postaci warystora lub diody (zener lub transil) na napięcie większe niż max obwodu otwartego wlutowany między + i - PV. Trzeba pamietać o wsp. temperaturowym (zimą napięcia są większe niż podano na tabliczce znamionowej) czyli w/w napiecie podnieść o ok. 20%, jeżeli Uoc=200V to zabezpieczenie musi mieć >240V czyli 270-300V.

Grzałka 2 kW ma ok. 27 Ω wiec przy napieciu Umpp=120V moc wyniesie 530W. Ponieważ PV będa miały 1 kW średnioroczna sprawność utrzyma sie na poziomie 70%, uzycie PWM czy innego sterownika podniesie ją do ok. 90% czyli doda ok. 200 kWh rocznie. To będzie zauważanle tylko przy dużym nasłonecznieniu gdy napiecie przekroczy 120V oraz dużym zachmurzeniu gdy spadnie poniżej Umpp. Ja nie stosuję amperomierza bo moc oddawaną na grzałce można łatwo oszacować na podstawie napiecia: jak wynosi ok. 120V to mamy 500W (tak będzie przy nasłonecznieniu 500W/m2 czyli niebo zachmurzone ale na ziemi widać cień), max. jakie da sie uzyskać na w/w zestawie to ok. 140V czyli 700 W, a środkowe wartości można interpolować. Gdy napięcie jest mniejsze sprawa jest jeszcze łatwiejsza bo sprawność i moc zmienia sie liniowo: 2x mniejsze napiecia oznacza 2x niższą sprawność przy 2x mniejszej mocy. Np. 60V przy bezpośrednim podłaczeniu do grzałki oznacza 50% sprawność, ponieważ moc jaką wtedy dostarcza PV wynosi ok. 250W (te napięcie bedzie przy 250W/m2 czyli Słońce przebija zza chmur) to na grzałce jest 125W (z PWM byłoby ok. 230W). Analogicznie 30V (tyle bedzie przy całkowitym zachmurzeniu) przy bezpośrednim podłączeniu daje 4x mniejszą moc niż poprzednio czyli ok. 40W - użycie dobrego sterownika PWM podniosloby ją do ok. 100W.

Jeżeli ma być bezpiecznie to osobiście postawiłbym na przekaźnik próżniowy.
Z praktyki i zabaw z elektroniką wiem, że półprzewodniki mogą się popsuć tak, że zrobią zwarcie więc zabezpieczenie to to nie jest.

Układ więc łączysz tak.
Źródło napięcia zasilania później wyłącznik termiczny na 90 czy 95 stopni NC (normalnie zwarty) a za tym cewka przekaźnika próżniowego.
Jak temperatur dojdzie do 95 stopni to wyłącznik termiczny rozłączy.
Jak ktoś będzie chciał użyć grzałki do zasilania 230V to wyjmie zasilacz od zabezpieczenia obwodu PV i w jego miejsce wtyknie grzałkę. Rozsądnie byłoby więc żeby to było jedno gniazdko elektryczne w zasięgu grzałki.

gaz4 wrote:

Z iskrzeniem mechanicznych termostatów jest różnie, mam czajnik który bez żadnych dodatkowych elementów nie iskrzy. Z drugiej strony mam też kuchenkę oporową gdzie kondensator podłączony równolegle ze stykami termostatu nic nie daje, ciągle iskrzy. To zależy nie tylko od samego termostatu ale także indukcyjności grzałki. Jednak po wstawieniu kilku kondensatorów mogę stwierdzić, że ta metoda ma ok. 80% skuteczność, na 5 jeden nie działa prawidłowo. Ponieważ tego typu kondensatory są tanie (a nawet bezkosztowe, można je wyjąć np. z uszkodzonego zasilacza komputerowego) warto je wlutować - z całą pewnoscia nie zaszkodzą. W moim bojlerze sprawował się doskonale i chociaż termostat się zepsuł to mechanicznie, od częstego kręcenia. Po jego rozebraniu na stykach nie zauważyłem nawet śladu przypalenia. Skuteczność można sprawdzić "na słuch", jeżeli po rozłaczeniu termostatu słychać iskrzenie to znaczy, że metoda nie działa i może ulec uszkodzeniu. Rozłączanie powinno być pewne, bez dodatkowych odgłosów.

Dziękuję za opinie z praktycznej eksploatacji.
Na początek wypróbuje wersje z kondensatorem, jako że moc zestawu będzie relatywnie niska.
Dodano po 13 [minuty]:

gaz4 wrote:

Grzałka 2 kW ma ok. 27 Ω wiec przy napieciu Umpp=120V moc wyniesie 530W. Ponieważ PV będa miały 1 kW średnioroczna sprawność utrzyma sie na poziomie 70%, uzycie PWM czy innego sterownika podniesie ją do ok. 90% czyli doda ok. 200 kWh rocznie. To będzie zauważanle tylko przy dużym nasłonecznieniu gdy napiecie przekroczy 120V oraz dużym zachmurzeniu gdy spadnie poniżej Umpp. Ja nie stosuję amperomierza bo moc oddawaną na grzałce można łatwo oszacować na podstawie napiecia: jak wynosi ok. 120V to mamy 500W (tak będzie przy nasłonecznieniu 500W/m2 czyli niebo zachmurzone ale na ziemi widać cień), max. jakie da sie uzyskać na w/w zestawie to ok. 140V czyli 700 W, a środkowe wartości można interpolować. Gdy napięcie jest mniejsze sprawa jest jeszcze łatwiejsza bo sprawność i moc zmienia sie liniowo: 2x mniejsze napiecia oznacza 2x niższą sprawność przy 2x mniejszej mocy. Np. 60V przy bezpośrednim podłaczeniu do grzałki oznacza 50% sprawność, ponieważ moc jaką wtedy dostarcza PV wynosi ok. 250W (te napięcie bedzie przy 250W/m2 czyli Słońce przebija zza chmur) to na grzałce jest 125W (z PWM byłoby ok. 230W). Analogicznie 30V (tyle bedzie przy całkowitym zachmurzeniu) przy bezpośrednim podłączeniu daje 4x mniejszą moc niż poprzednio czyli ok. 40W - użycie dobrego sterownika PWM podniosloby ją do ok. 100W.

Twój opis jasno pokazuje że użycie sterownika PWM znacznie poprawi sprawność układu zwłaszcza przy nie do końca słonecznym niebie.
Spróbuję więc w kolejnym etapie zbudować taki sterownik na podstawie prostego schematu który widziałem na forum.
Na razie nie chciałbym inwestować w rozwiązanie fabryczne ze względu na koszty.
Pozdrawiam
Dodano po 23 [minuty]:

idepopizze wrote:

Jeżeli ma być bezpiecznie to osobiście postawiłbym na przekaźnik próżniowy.
Z praktyki i zabaw z elektroniką wiem, że półprzewodniki mogą się popsuć tak, że zrobią zwarcie więc zabezpieczenie to to nie jest.

Układ więc łączysz tak.
Źródło napięcia zasilania później wyłącznik termiczny na 90 czy 95 stopni NC (normalnie zwarty) a za tym cewka przekaźnika próżniowego.
Jak temperatur dojdzie do 95 stopni to wyłącznik termiczny rozłączy.
Jak ktoś będzie chciał użyć grzałki do zasilania 230V to wyjmie zasilacz od zabezpieczenia obwodu PV i w jego miejsce wtyknie grzałkę. Rozsądnie byłoby więc żeby to było jedno gniazdko elektryczne w zasięgu grzałki.

Wielkie dzięki za sposób zabezpieczenia bojlera.
Bezpieczeństwo to podstawa a rzeczywiście większość półprzewodników uszkadza się na zwarcie a nie rozwarcie.
Rozumiem że wyłącznik termiczny miałbym zainstalować dodatkowo np taki od pralki.
A czy mógłbym wykorzystać dotychczasowy termostat bimetaliczny który rozłączyłby przekaźnik próżniowy?

edmin71 wrote:

Twój opis jasno pokazuje że użycie sterownika PWM znacznie poprawi sprawność układu zwłaszcza przy nie do końca słonecznym niebie.
Spróbuję więc w kolejnym etapie zbudować taki sterownik na podstawie prostego schematu który widziałem na forum.
Na razie nie chciałbym inwestować w rozwiązanie fabryczne ze względu na koszty.
Pozdrawiam

Jeżeli znasz się na elektronice zmajstruj to:
http://elektronika.5v.pl/_sterownik_malej_elektrowni_wiatrowej_brizo.php
lub
http://elektronika.5v.pl/_sterownik_brizo_1.1.php

w zależności od napięć jakie tam będziesz osiągał z paneli.


Jeżeli się nie znasz to dogadaj się z autorem.
Dostaniesz gotowca za rozsądne pieniądze.


Jeżeli masz termostat który się rozłącza przy jakichś 90 stopniach to tak.
Jeżeli nie to wpisz w allegro: Termostat bimetaliczny NC 95C 5A/250V KSD9700
Myślę że byłby ok.

Ze zmontowaniem tego sterownika nie powinienem mieć problemu.

Patrzyłem w katalogu tego bojlera, obecny tam termostat bimetaliczny można ustawić na max 75 stopni.
Z drugiej strony w układzie wylotowym ciepłej wody nie ma zaworu mieszającego.
Więc skoro zamontuje przekaźnik próżniowy to może zostawić obecny termostat?

Dla jasności taki prosty schemat:



Oczywiście to +12V jest umowne bo zależy od kupionego przekaźnika.

Myślę że oryginalny +75C mógłby zostać. Będzie przecież pracował na tych 12V.
Z drugiej strony ten 1kWp z paneli raczej nie nagrzeje wody do takiej temperatury przy regularnym jej rozbiorze no ale licho nie śpi i lepiej się zabezpieczyć gdyby z jakiegoś powodu ktoś przez tydzień nie używał ciepłej wody to różnie może być.

Poczytaj o brizo. Z 4 paneli będziesz miał tam 120V więc nie wiem którą wersje potrzebujesz.

Owszem, PWM poprawia sprawność układu ale nie rozwiązuje problemu zimnej wody przy dużym zachmurzeniu. Przy takiej pogodzie układ podłaczony wprost do grzałki ogrzeje bojler o jakieś 3 stopnie, a z PWM o 8. W obu wypadkach to zbyt mało wiec trzeba będzie palić w kotle. Dopiero przy nasłonecznieniu w okolicy 200W/m2 PWM będzie w stanie ogrzać bojler o kilkanaście stopni czyli dostarczyć 35-40 w kranie. Bez sterownika przy tym naslonecznieniu będzie max 10 stopni i trzeba rozpalać w CO. Jednak w miarę wzrostu naslonecznienia różnica będzie się zacierała i już po przekroczeniu 300W/m2 bez sterownika będzie tyle co przy 200 ze sterownikiem. Przy nasłonecznieniu 500W/m2 nie będzie żadnej róznicy, a po przekroczeniu tej wartości PWM może nagrzać bojler powyżej 70 stopni czyli pod wieczór termostat go rozłaczy więc stracimy sporo energii. Jak widać ograniczenia inne niż efektywność są tak duże, że przewaga PWM nad bezp. podłaczeniem nie zawsze będzie odczuwalna.

Własnie dlatego wymysliłem system z drugą grzałką na górze bo w pionowych bojlerach woda się nie miesza. Tzn. przy ekstremalnie wysokiej różnicy temp. np. 20 na dole i 50 na górze zachodzi przekazywanie ciepła poprzez ścianki bojlera wiec po kilku godzinach będzie np. 25 na dole i 40 u góry lecz to nie wpływa na komfort. Szeregowe połaczenie dwu grzałek pozwala niemal w pełni wykorzystać energię słoneczną przy dużym zachmurzeniu, a dzielnik jaki tworzy sie z grzałek jednocześnie ogrzewa gorę np. o 2 stopnie i dół o 1 stopień. To wystarcza by nawet przy dłużej utrzymujacym sie sporym zachmurzeniu mieć ciepłą wodę w kranie (>40 stopni), a jedyną niedogodnością jest "zagęszczanie ruchów" podczas kąpieli bo do dyspozycji jest zaledwie pół bojlera. Średnioroczna efektywność prostego sterownika zwierajacego tylko górną grzałkę jest na poziomie 80% więc PWM doda tylko 100 kWh/rok.

Poszukałem w necie informacji o bojlerach Galmet i rzeczywiście węzownice utrudniają użycie dodatkowej grzałki. Ale z tego co widzę można zrobić podobnie jak u mnie czyli włożyć grzałkę 1/2 cala w miejsce termometru. Ew. problemy może stwarzać elektroda magnezowa lecz w moim bojlerze gwint do termometru jest specjalnie nieco na ukos by ją ominąć. Termometr jest mocowany na wysokości ok. 1/3 od góry czyli taka grzałka szybciej nagrzeje wodę do wyższej temp. niż zamocowana w połownie.

idepopizze wrote:

Dla jasności taki prosty schemat:



Z drugiej strony ten 1kWp z paneli raczej nie nagrzeje wody do takiej temperatury przy regularnym jej rozbiorze no ale licho nie śpi i lepiej się zabezpieczyć gdyby z jakiegoś powodu ktoś przez tydzień nie używał ciepłej wody to różnie może być.

Też tak mi się wydaje że nie nagrzeje ale tak jak mówisz lepiej nie ryzykować, bo co prawda w domu jest w sumie czworo osób ale lipcowe dni są długie.
Myślę że zastosuje przekaźnik próżniowy sterowany obecnym termostatem bimetalicznym.
Dzięki za schemat.
Pozdrawiam

Dodano po 14 [minuty]:

gaz4 wrote:

Własnie dlatego wymyśliłem system z drugą grzałką na górze bo w pionowych bojlerach woda się nie miesza. Tzn. przy ekstremalnie wysokiej różnicy temp. np. 20 na dole i 50 na górze zachodzi przekazywanie ciepła poprzez ścianki bojlera wiec po kilku godzinach będzie np. 25 na dole i 40 u góry lecz to nie wpływa na komfort. Szeregowe połączenie dwu grzałek pozwala niemal w pełni wykorzystać energię słoneczną przy dużym zachmurzeniu, a dzielnik jaki tworzy sie z grzałek jednocześnie ogrzewa gorę np. o 2 stopnie i dół o 1 stopień. To wystarcza by nawet przy dłużej utrzymującym się sporym zachmurzeniu mieć ciepłą wodę w kranie (>40 stopni), a jedyną niedogodnością jest "zagęszczanie ruchów" podczas kąpieli bo do dyspozycji jest zaledwie pół bojlera. Średnioroczna efektywność prostego sterownika zwierającego tylko górną grzałkę jest na poziomie 80% więc PWM doda tylko 100 kWh/rok.

Poszukałem w necie informacji o bojlerach Galmet i rzeczywiście wężownice utrudniają użycie dodatkowej grzałki. Ale z tego co widzę można zrobić podobnie jak u mnie czyli włożyć grzałkę 1/2 cala w miejsce termometru. Ew. problemy może stwarzać elektroda magnezowa lecz w moim bojlerze gwint do termometru jest specjalnie nieco na ukos by ją ominąć. Termometr jest mocowany na wysokości ok. 1/3 od góry czyli taka grzałka szybciej nagrzeje wodę do wyższej temp. niż zamocowana w połowie.

Planowałem wstawienie drugiej grzałki według Twojego pomysłu ale w tym bojlerze nie będzie to proste.
Bojler to Galmet Neptun Kombi pionowy z wężownicą 120L z grzałką 2 KW i anodą magnezową na dole.



Dzwoniłem do producenta myśląc że wykorzystam złącze do obiegu ciepłej wody ale dowiedziałem się że w tym modelu koliduje ono z wężownicą CO. Zamiast termometru bojler posiada czujnik temperatury dla sterownika pieca CO.
Pozostanę więc chyba przy jednej fabrycznej grzałce.
Pozdrawiam

Wydaje mi się, że 90-95st C, jako zabezpieczenie termostatem w bojlerze, to stanowczo za dużo. U siebie, w systemie grzania wody z PV (grzałka 24V zasilana poprzez przetwornicę MPPT) zabezpieczenie zrobiłem na przekaźniku SSR 25A i termostacie bimetalicznym NC 70C (zwiera układ z powrotem jak temperatura spadnie do 55C). Ostatnio miałem okazję obserwować zadziałanie tego zabezpieczenia i powiem szczerze, że 70st dla wody to i tak bardzo wysoka wartość, grożąca poparzeniem. Fizycznie woda miała zapewne nieco wyższą temperaturę, bo termostat jest doklejony klejem termo-przewodzącym do metalowej kryzy w której zabudowane są grzałki. Inną kwestią jest, że na moim bojlerze jest informacja: 70st C jako maksymalna temperatura, do której powinna być w nim podgrzewana woda.

W jednym z wątków na elektrodzie pojawił się problem zabezpieczania przed przepięciami i przypadkowo udało mi się wymyślić bardzo prosty i tani sposób zabezpieczania termostatu przed iskrzeniem który przy okazji może rozwiązać inne problemy z podłączeniem PV do bojlera. Chodziło tam o zdjęcie nadwyżek mocy aby obniżyć napięcie co w przypadku termostatów jest proste: wystarczy równolegle podłaczyć dodatkowe obciążenie i w chwili rozłączenia styków prąd przepłynie przez nie wiec zostanie obniżony. Jeżeli jako obciązenie użyje sie dodatkowej małej grzałki zamocowanej na dole bojlera to moze ona pełnić dodatkowe funkcje jak dogrzewanie bojlera. Wystarczy ją dobrać by równoważyła moc traconą przez izolację termiczną (podają ją w kartach) i możemy utrzymać temp. bojlera na stałym poziomie bez ryzyka jego przegrzania. Przy okazji napiecie na PV zawsze będzie utrzymywane poniżej Uoc co w niektórych wypadkach jest bardzo ważne (np. gdy może przekroczyć 230V).

W przypadku zabezpieczenia termostatu przed iskrzeniem wystarczy zwykła żarówka. Ponieważ zimna ma małą rezystancję napięcie na stykach będzie wzrastało bardzo wolno eliminując tym samym ryzyko przepięć czy iskrzenia. Gdy żarówka się rozgrzeje jej rezystancja wzrosnie do tego stopnia, że na grzałkach będzie się wydzielała zupełnie nieistotna moc kilku W. To rozwiązanie ma 100% skuteczność i dużą niezawodność bo żarówka zasilana obniżonym napięciem wytrzyma kilkakrotnie dłużej niż przy 230V. Jakby co można zostawić równolegle podłączony kondensator który zabezpieczy termostat w razie przepalenia żarówki. Czyli za jednym zamachem można rozwiazać problem z iskrzeniem, przepięciami, obciążeniem PV gdy woda w bojlerze jest zbyt gorąca, wyjazdami na wakacje...

Cały czas sie zastanawiam dlaczego wcześniej nie wpadłem na to, wydawałoby się oczywiste rozwiązanie? Zwykła żarówka i połowa probemów jakie sprawia bojler zasilany wprost z PV rozwiązana - dzięki panie Edison

gaz4 wrote:

W przypadku zabezpieczenia termostatu przed iskrzeniem wystarczy zwykła żarówka. Ponieważ zimna ma małą rezystancję napięcie na stykach będzie wzrastało bardzo wolno eliminując tym samym ryzyko przepięć czy iskrzenia. Gdy żarówka się rozgrzeje jej rezystancja wzrosnie do tego stopnia, że na grzałkach będzie się wydzielała zupełnie nieistotna moc kilku W. To rozwiązanie ma 100% skuteczność i dużą niezawodność bo żarówka zasilana obniżonym napięciem wytrzyma kilkakrotnie dłużej niż przy 230V. Jakby co można zostawić równolegle podłączony kondensator który zabezpieczy termostat w razie przepalenia żarówki. Czyli za jednym zamachem można rozwiazać problem z iskrzeniem, przepięciami, obciążeniem PV gdy woda w bojlerze jest zbyt gorąca, wyjazdami na wakacje...

Po Twoim poście przypomniało mi się że kiedyś ktoś w innym wątku proponował takie rozwiązanie jako czysto teoretyczne, które zostało przez innych określone jako nieskuteczne (też chyba teoretycznie).
Wydaje mi się jednak że możesz mieć racje co w moim przypadku uprościło by układ eliminując konieczność stosowania przekaźnika próżniowego.
W moim przypadku co prawda nie mam możliwości zastosowania drugiej grzałki, ale jak zastosuję żarówkę to przy okazji będzie wizualna sygnalizacja zadziałania termostatu.
Pozdrawiam

Postanowiłem sprawdzić jak żarówka spisuje się w praktyce i wyniki były bardzo pozytywne. Podłączyłem ją do kuchenki w której kondensator okazał się nieskuteczny i by lepiej ocenić efekty obserwowałem termostat. O ile wcześniej iskrzył niczym spawarka to po dodaniu żarówki widać było tylko małe iskierki jak z piezoelektrycznej zapalniczki. Co prawda dało się zauważyć spadek skuteczności przy częstym włączaniu co wynikało ze wzrostu rezystancji rozgrzanej żarówki lecz nawet w najgorszym wypadku iskra była dużo mniejsza i szybko zanikała. Jeżeli tak spektakularne efekty uzyskałem tam gdy nic nie pomagało to w przypadku termostatów do bojlera gdzie sam kondensator daje radę żarówka spełni swoje zadanie w 100%.

Wyznaję zasadę, że nie ma nic bardziej praktycznego niż dobra teoria więc przeanalizowałem zachowanie żarówki. Podłączałem 60W ktorej zimny żarnik ma ok. 60 Ω, a kuchenka ok. 30 Ω czyli zupełnie przypadkowo rozkład napięć jest taki jak w moim sterowniku podczas rozwierania górnej grzałki: 40V na grzałce i 80 V na żarówce czyli stykach termostatu. W/g obliczeń przy 230V żarówka powinna mieć rezystancję ok. 800 Ω czyli można założyć ok. 500 Ω przy zasilaniu z PV Uoc ok.150V (Umpp=120V). Oznacza to, że po rozgrzaniu na żarówce ustabilizuje się napiecie ok. 142V i ok. 8V na grzałce co oznacza moce odpowiednio 40W i 2W. Im większą moc będzie miała żarówka (mniejsza rezystancja zimnego żarnika) tym skuteczniej będzie działała, 500W "kwoka" powinna zgasić iskrę na każdym styku jednak po rozgrzaniu będzie miała względnie małą rezystancję (ok. 100 Ω) czyli większa moc wydzieli sie na grzałce (do kilkudziesięciu W).

gaz4 wrote:

Postanowiłem sprawdzić jak żarówka spisuje się w praktyce i wyniki były bardzo pozytywne. Podłączyłem ją do kuchenki w której kondensator okazał się nieskuteczny i by lepiej ocenić efekty obserwowałem termostat. O ile wcześniej iskrzył niczym spawarka to po dodaniu żarówki widać było tylko małe iskierki jak z piezoelektrycznej zapalniczki. Co prawda dało się zauważyć spadek skuteczności przy częstym włączaniu co wynikało ze wzrostu rezystancji rozgrzanej żarówki lecz nawet w najgorszym wypadku iskra była dużo mniejsza i szybko zanikała. Jeżeli tak spektakularne efekty uzyskałem tam gdy nic nie pomagało to w przypadku termostatów do bojlera gdzie sam kondensator daje radę żarówka spełni swoje zadanie w 100%.
.

Rozwiązanie genialne w swojej prostocie. Eliminuje konieczność stosowania przekaźnika próżniowego czy półprzewodnikowego.
Eliminuje konieczność stosowania dodatkowego zasilacza do tych elementów. Taką oprawkę tablicową (co prawda widziałem tylko na żarówkę do 15 W) z żarówką można dołożyć do mini-tablicy rozdzielczej w której byłby włącznik paneli, woltomierz, ewentualnie amperomierz, gniazdo grzałki.
Równolegle do żarówki można dołożyć kondensator, gdyż obok termostatu może nie być wystarczającej ilości miejsca.
Pozdrawiam

Też myślę nad dodaniem do swojego bojlera żarówki z małym gwintem, w środku mam dużo miejsca i akurat w markecie jest wyprzedaż za grosze - kupię kilka sztuk. Ale analizując to rozwiązanie doszedłem do wniosku, że gdybym używał jednej grzałki to zdecydowałbym się na sporą żarówkę o mocy ok. 200W bo przy okazji może zwiększyć średnioroczny uzysk z ok. 70% nawet do 80%.

Od października do marca jest duże zachmurzenie, a nawet jak zaświeci Słońce to nisko nad horyzontem więc panele ustawione pod małym kątem (<30 stopni) niewiele wytworzą. W przypadku bojlera z pojedyńczą grzałką podłaczoną bezpośrednio do PV efektywność w tym czasie wyniesie max 25% czyli na grzałce będzie ok. 30W, tyle co w pochmurne dni. W większości wypadków to żaden problem bo w sezonie grzewczym CWU pozyskuje się z kotła na paliwo stałe ale po co marnować energię skoro zwykła żarówka może ją odzyskać? Patent jest prosty: jeżeli rozgrzana żarówka będzie miała np. 90 Ω (prawdopodobnie zblizoną rezystancję będzie miała 200W) to z 30 Ω grzałką podłączoną szeregowo mamy 120 Ω. Przy PV Umpp=120V punkt mocy wypadnie w okolicy 120W i wtedy na grzałce wydzieli się ok. 30W, a na żarówce 90W. Jak widać bojler będzie odbierał dokładnie taką samą moc co przy bezpośrednim podłączeniu, a 90W z żarówki mamy "gratis" - to wynik lepszej efektywności. Jeżeli taką żarówkę umieści się np. w łazience to jej wpływ na ogrzewanie będzie wyraźnie zauważalny, ja swoją ogrzewam 200W podłogówką. W ciągu roku powinno się zaoszczędzić ok. 100 kWh z 1 kW mocy zainstalowanej (równowartość 30 kg węgla spalonego w kotle więc w czasie życia PV oszczędzamy prawie tonę), wystarczy w październiku przekręcić termostat na minimum i gdy w marcu Słońce zacznie dawać zauważalny uzysk spowrotem przekręcic na maksimum

Nad żarówką na prąd stały w łazience to jednak bym się zastanawiał.

idepopizze wrote:

Nad żarówką na prąd stały w łazience to jednak bym się zastanawiał.

Dlaczego?

gaz4 wrote:

Też myślę nad dodaniem do swojego bojlera żarówki z małym gwintem, w środku mam dużo miejsca i akurat w markecie jest wyprzedaż za grosze - kupię kilka sztuk. Ale analizując to rozwiązanie doszedłem do wniosku, że gdybym używał jednej grzałki to zdecydowałbym się na sporą żarówkę o mocy ok. 200W bo przy okazji może zwiększyć średnioroczny uzysk z ok. 70% nawet do 80%.

Od października do marca jest duże zachmurzenie, a nawet jak zaświeci Słońce to nisko nad horyzontem więc panele ustawione pod małym kątem (<30 stopni) niewiele wytworzą. W przypadku bojlera z pojedyńczą grzałką podłaczoną bezpośrednio do PV efektywność w tym czasie wyniesie max 25% czyli na grzałce będzie ok. 30W, tyle co w pochmurne dni. W większości wypadków to żaden problem bo w sezonie grzewczym CWU pozyskuje się z kotła na paliwo stałe ale po co marnować energię skoro zwykła żarówka może ją odzyskać? Patent jest prosty: jeżeli rozgrzana żarówka będzie miała np. 90 Ω (prawdopodobnie zblizoną rezystancję będzie miała 200W) to z 30 Ω grzałką podłączoną szeregowo mamy 120 Ω. Przy PV Umpp=120V punkt mocy wypadnie w okolicy 120W i wtedy na grzałce wydzieli się ok. 30W, a na żarówce 90W. Jak widać bojler będzie odbierał dokładnie taką samą moc co przy bezpośrednim podłączeniu, a 90W z żarówki mamy "gratis" - to wynik lepszej efektywności. Jeżeli taką żarówkę umieści się np. w łazience to jej wpływ na ogrzewanie będzie wyraźnie zauważalny, ja swoją ogrzewam 200W podłogówką. W ciągu roku powinno się zaoszczędzić ok. 100 kWh z 1 kW mocy zainstalowanej (równowartość 30 kg węgla spalonego w kotle więc w czasie życia PV oszczędzamy prawie tonę), wystarczy w październiku przekręcić termostat na minimum i gdy w marcu Słońce zacznie dawać zauważalny uzysk spowrotem przekręcic na maksimum

Czyli zamiast żarówki można by wykorzystać też grzałkę grzejnika łazienkowego o mocy 600 W albo nawet dodatkowego grzejnika olejowego ale tam grzałki mają zwykle większa moc. Problemem może być doprowadzenie przewodów do łazienki jeżeli bojler mamy w piwnicy. Ewentualnie jeżeli ktoś ma suszarnię w piwnicy to można by wykorzystać wspomniany grzejnik olejowy.