Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Multimetr FlukeMultimetr Fluke
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prosty sterowonik grzałki PWM

24 Sep 2017 13:44 3336 29
  • Level 13  
    Witam.
    Wiem że temat był poruszany wielokrotnie, ale mam pytanie o prostą alternatywę do sterwonika BRIZO.
    Mój układ jak narazie wyglądałby jak na schemacie.
    Prosty sterowonik grzałki PWM
    Prosty sterwonik grzałki PWM
    Sterwonik BRIZO jest o wiele bardziej złożony.
    http://elektronika.5v.pl/_sterownik_malej_elektrowni_wiatrowej_brizo.php
    Mam prośbę o pomoc w przygotowaniu takiego schematu, który byłby prosty do wykonania, a zarazem działał możliwie wydajnie.
    Czy jest mośliwość wykonania takiej alternatywy na ARDUINO?
    W przeciwieństwie do sterownika BRIZO nie będzie zasilania z sieci i akumulatorów, ma to być układ niezależy wspomagający piec węglowy (by zaoszczędzić troszke węgla).
    Za wszelką pomoc będe wdzięczny.
    Pozdrawiam
    Wojtek
    Do you have a problem with Arduino? Ask question. Visit our forum Arduino.
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • Multimetr FlukeMultimetr Fluke
  • Level 43  
    farmerstain wrote:
    ma to być układ niezależy wspomagający piec węglowy (by zaoszczędzić troszke węgla).
    Z panelami o mocy 6 x 90W? Chyba żartujesz.

    Nawet w pełnym słońcu te panele wytworzą czterokrotnie mniej energii niż bierze popularna "farelka" czyli termowentylator o mocy 2200W.
    Niezależnie czy podłączysz przez sterownik czy na stałe, wody w kaloryferach nie zagotujesz :)
  • Level 13  
    Rozumiem, ale czy jest może jakiś pomysł opracowania alternatywy sterownika PWM al'a BRIZO tylko na Arduino?

    Dodano po 3 [minuty]:

    vodiczka: to ma tylko dogrzewać C.W.U, a nie C.O
  • Level 24  
    Ten Pan od Brizo, wykonuje też BRIZO HV który jest o wiele lepszy, sam mam 4 sterowniki Brizo HV w domu które w sumie obsługują 10kW paneli plus 1,5kW el. wiatrową...
    Działa to świetnie, cały rok mam gorącą wodę a gdy przychodzi jesień stopniowo odłączam inwertery od sieci i przechodzę na grzanie poprzez właśnie Brizo, w lecie wystarcza mi do grzania jedynie 500W (2panele) w zimie praktycznie całą produkcja energii idzie w ciepłą wodę oraz CO ponieważ Brizo HV ma dwa moduły wykonawcze i po zagrzaniu ciepłej wody przełącza się na CO (na bufor).
    Zastanów się czy warto wywarzać otwarte drzwi i budować wszystko od podstaw, pisać program, robić testy i dogrywać wszystko jeśli za niewielkie pieniądze możesz mieć gotowy sprawdzony układ...
  • Level 13  
    Rozmawiałem z autorem BRIZO i dostałem info, że aktualnie nie może nic wykonać, bo ma kupe inncyh spraw z domem, dklatego myślałem o jakimś prostym sterownikiem, który byłby dobry.
    Będe wdzięczny za wszelkie pomysły. ( a poza tym jeśli można wiedzieć, to ile kosztuje brizo-hv)
    Pozdrawiam.
  • Level 43  
    farmerstain wrote:
    vodiczka: to ma tylko dogrzewać C.W.U, a nie C.O
    Mimo to moje uwagi są nadal aktualne. PWM nie jest potrzebne przy tej mocy paneli, wystarczy wyłączenie po osiągnięciu zadanej temperatury wody.
  • Level 24  
    Ja ponad dwa lata temu płaciłem za jeden kompletny układ coś około 350zł (tam był sterownik, dwa moduły wykonawcze na takich dużych radiatorach, czujnik temp i takie tam duperele śrubki,instrukcje itd)
    Ale teraz to nie wiem ile autor za to bierze...
    Ale po tych dwóch latach mogę stwierdzić że to było dobre posunięcie i układ jest na prawdę świetny...
  • Level 13  
    Leon444: dzięki za informacje :) może jak autor skonczy remont to może kupie u niego.

    vodiczka: rozumiem, ale mam pytanie, czy podłączenie paneli bezpośrednio pod grzałkę, nie będzie zbytnim obciążeniem dla paneli? czy nie lepioej byłoby zastosować jakiś mały układ pośredni??
  • Level 43  
    farmerstain wrote:
    czy podłączenie paneli bezpośrednio pod grzałkę, nie będzie zbytnim obciążeniem dla paneli? czy nie lepioej byłoby zastosować jakiś mały układ pośredni??
    Nie będzie jeżeli dobrze dobierzesz grzałkę. Układ pośredni ułatwi dopasowanie paneli i grzałki ale to nie może być "proste PWM"
  • Level 13  
    tzn mam grzałkę 500W a paneli mam ok. 550W
    Jeśli chodzi o PWM, to może masz jakiś układ mniej skomplikowany od BRIZO?
  • Level 33  
    Jeżeli podłacza się PV bezpośrednio pod grzałkę średnioroczna wydajność nigdy nie przekroczy 70%. A ile bedzie w rzeczywistości zależy od dopasowania grzałki do napięcia i mocy PV, przykładowe obliczenia w moim wątku o bojlerze i dwu PV. Zajrzyj tam i jak będziesz miał jakieś pytania dot. dopasowania czy uzysków zapytaj w tym temacie. W bojlerze pionowym najprostsze i niezwykle skuteczne jest użycie dwu grzałak - od końca marca do CWU używam wyłącznie PV i sytuacje gdy nad ranem woda z kranu miała <30 stopni można na palcach policzyć. Gdy jest pochmurno grzeje pół bojlera, jak pojawi się Słońce całość. W temacie o dwu grzałkach są schematy b. prostych regulatorów które można wykonać w jeden wieczór z tego co znajdzie się w szufladzie. Można je zastosować także w bojlerze poziomym pod warunkiem, że są tam dwie grzałki ew. podwójna ale efekty nie będą tak dobre bo zwsze ogrzewa sie cały bojler.
  • Level 43  
    farmerstain wrote:
    tzn mam grzałkę 500W a paneli mam ok. 550W
    Przy słabym nasłonecznieniu z tych paneli wyciągniesz max. 200W.
    gaz4 wrote:
    Jeżeli podłacza się PV bezpośrednio pod grzałkę średnioroczna wydajność nigdy nie przekroczy 70%
    Co rozumiesz przez wydajność? Jeżeli stosunek moc uzyskanej do mocy możliwej do uzyskania w danych warunkach nasłonecznienia to mogę się zgodzić bo panele połączone na sztywno z grzałką prawie nigdy nie będą pracować w punkcie maksymalnej mocy. Jeżeli wydajność określać jako stosunek średniej mocy rocznej do nominalnej mocy paneli to zawsze będzie poniżej 70% niezależnie jakiego sterownika użyjesz.
  • Level 14  
    Chyba nie do końca wszyscy tu rozumieją jak działa grzałka niskonapięciowa podłączona DD (bezpośrednio) do paneli fotowoltaicznych. Poniżej macie wykres prądowo-napięciowy grzałki 24V 300W zrobiony przeze mnie osobiście (napięcie jest delikatnie wyższe bo było to już ściągane po wpięciu w obwód przekaźnika SSR). Można oczywiście dobrać parametry grzałki do ogniw żeby np. przy nasłonecznieniu 700-1000W/m2 osiągała nominalne parametry np. 900W (dla napięcia 60V i prądu 15A czyli powiedzmy układ 2s2p paneli 60 komórkowych o mocy 240W/szt). I to są te nieliczne momenty gdy wszystko działa jak należy. Co się natomiast dzieje w momencie gdy zachodzi chmura i prąd jaki panele są w stanie oddać zmienia się znacznie. Posłużę się przykładem z mojego wykresu (tu mocą docelową niech będzie ~400W - napięcie 27V prąd 15A dla idealnych warunków i dwóch paneli 60-cells 240W spiętych w 2p). Teraz w momencie gdy zachodzi chmura, spada natężenie światła do powiedzmy 200W/m2 prąd maleje do 7A i ustawia panele w punkcie pracy napięciowej 14V co daje nam ~100W na grzałce. A prawda jest taka, że w tym samym momencie, gdybyśmy trzymali się optymalnego punktu pracy paneli przez przetwornice z MPPT to moglibyśmy np. uzyskać 28V*6,8A = 190W, po uwzględnieniu sprawności przetwarzania niech da nam to 180W mocy wydzielonej na grzałce. Różnica bagatela 80%!! Totalną głupotą jest mówienie o jakichkolwiek średniorocznych sprawnościach takiego zasilania. Zasilanie grzałki DD z paneli to bardzo niekorzystne rozwiązanie, gdyż w takim układzie to prąd wyjściowy z paneli ustawia nam punkt pracy napięciowej, zgodnie z charakterystyką danej grzałki i jest to wybitnie niekorzystne przy słabych warunkach oświetleniowych.
    Prosty sterowonik grzałki PWM[/img]

    PS. Skąd się właściwie wzięła ta wartość 70% średniej skuteczności przetwarzania czy też np 30% możliwej przewagi rozwiązań MPPT względem PWM? A może jedna komuś wyszła z drugiej :P Powiedzmy, że w te 30% przewagi MPPT względem PWM przy ładowaniu akumulatorów jestem jeszcze w stanie uwierzyć, ale tu trzeba brać pod uwagę, że ładowanie akumulatorów regulatorem PWM nigdy nie ustawi nam punktu pracy napięciowej paneli poniżej pewnego napięcia. Wynika to z prostej przyczyny: akumulatorów nigdy nie rozładujemy poniżej pewnego progu i stanowi on jednocześnie najniższy możliwy punkt pracy napięciowej paneli przy pracy na regulator PWM. Z grzałką mamy zupełnie inaczej i tu punkt pracy napięciowej potrafi zjechać naprawdę bardzo nisko...
  • Level 13  
    no jeśli chodzi o moją grzałkę, to ona jest na napięcie 70V i mniej wiecej takie jest napięcie paneli w punkcie mocy.
  • Level 13  
    po części tu po części tam... :P
  • Level 24  
    Krótko mówiąc grzałka jest liniowym obciążeniem a panele mają charakterystykę nieliniową... bez PWM wydajnie nie będzie to pracować... a przynajmniej w dni pochmurne który w PL w roku jest około 320 ?Bo tylko około 28dni w roku jest bez chmur...
  • Level 14  
    Przepraszam za OT ale nie mogłem się powstrzymać :twisted:

    ...Polacy są tak agresywni, a to dlatego, że nie ma słońca
    Nieomal przez siedem miesięcy w roku, a lato nie jest gorące
    Tylko zimno i pada, zimno i pada na to miejsce w środku Europy...


    PS. A to Brizo i Brizo HV jak działa dokładnie? Jak w tym sterowniku ustawiany jest punkt pracy?
  • Level 33  
    BocianXX wrote:
    PS. Skąd się właściwie wzięła ta wartość 70% średniej skuteczności przetwarzania czy też np 30% możliwej przewagi rozwiązań MPPT względem PWM?


    Przy bezpośrednim podłączeniu da się uzyskać max 70% średnioroczną wydajność (wzgledem tego co z PV można wycisnąć) pod warunkiem odpowiedniego dopasowania. Wynika to z zależności mocy od napięcia, charakterystyki PV oraz rozkładu nasłonecznienia w Polsce. Zacznę od pierwszego:

    P=U*U/R

    Z tego wzoru wynika, że moc zmienia się z kwadratem napięcia czyli będzie spadać w takim tempie. Jeżeli mamy grzałkę ok. 9Ω (550W/70V) to przy napieciu 70V uzyska się 550W, przy 35V moc na grzałce wyniesie 25% czyli 137.5W, a przy 12.5V ok. 35W. Z charakterystyki PV wynika, że moc niemal liniowo zależy od nasłonecznienia, a zmienia się tylko natężenie prądu. Czyli przy obciżeniu stałą rezystancją napiecie 35V bedzie przy 2x słabszym nasłonecznieniu, a 12.5V przy 4x słabszym. Gdy nałoży sie te dwie charakterystyki na siebie to poniżej Umpp wydajność PV z grzałką podłaczoną bezpośrednio niemal liniowo zależy od nasłonecznienia. Inaczej mówiąc przy 2x mniejszym naslonecznieniu uzyska się 2x mniejszą moc niż można wycisnąć z PV, a przy 10x mniejszym nasłonecznieniu wykorzystamy ok. 10% aktualnej mocy PV.

    Gdy przeanalizuje sie charakterystyki mocy promieniowania słonecznego nad Polską to jest ona zbliżona do krzywej dzwonowej: max jest w okolicy średniej, a im większe odchylenie tym rzadziej występuje. I tu tkwi patent z doborem mocy i napiecia PV do mocy grzałki. Bezp. podłaczenie PV 500W Umpp=70V do grzałki 9Ω (550W/70 V) jest błędem bo zawsze będzie pracowała poniżej Umpp szybko tracąc wydajność. Sytuacje gdy PV pracuje na pełnej mocy można policzyć na palcach drwala, a tylko wtedy grzaklka osiągnie 100% wydajność. Najczęsciej świeci z mocą ok. 500-600W/m2 czyli grzałka permanentnie będzie pracowała z 50-60% wydajnością więc z mocą ok. 140-170W (przy takim naslonecznieniu PV może dać 275-330W). A w pełnym zachmurzeniu z ok. 10% wydajnością czyli gdy PV o mocy 550W może dać 55 W na grzałce będzie zaledwie 5W!

    Sytuacja zmienia sie gdy tak dobierzemy PV i grzałkę by z pełną wydajnością pracowały przy nasłonecznieniu 500-600W/m2. W tym wypadku mozna zrobic to na dwa sposoby:

    1) zmienić grzalkę na taką ktorej rezystancja wynosi ok. 18Ω (2x9Ω)
    2) przekonfigurować PV by pracowała z takim napieciem by przy obciązeniu 9Ω i nasłonecznieniu 500W/m2 wydzielała się moc 275W (100% czyli MPP). Tu będzie to ok. 50V

    Przyjmując 2 opcję przy nasłonecznieniu 500W/m2 i grzałce 9Ω na PV ustali sie napięcie ok. 50V czyli moc wyniesie połowę mocy znamionowej PV czyli 275W - PV w tym punkcie pracuje na 100%. Jak nasłonecznienie zacznie wzrastać napięcie na PV też bedzie rosło, a charakterystyka zacznie wychodzić poza punkt mocy maksymalnej. Ale tu warto zobaczyć jak często nasłonecznienie przekracza 800W/m2, tę wartość można przyjąć jako max dla naszego klimatu. Przy PV o mocy 550W i takim naslonecznieniu można uzyskać 440W i to pod warunkiem, że panele będą miały 25 stopni. Napięcie na bezp. podłaczonej grzałce będzie mocno zależało od charakterystyki która po przekroczeniu Umpp załamuje się ale moc na grzałce bez problemu przekroczy 300W czyli mamy >70% wydajność.

    Poniżej Umpp wydajnośc spada niemal liniowo i dla w/w przykładu dla 250W/m2 mamy ok. 70 W, a PWM z MMPT nie przekroczy 140W. Przy pelnym zachmurzeniu będzie ok. 15W. Czyli niewielka zmiana konfiguracji daje wyraźny zysk: przy ok. 500W/m2 zamiast ok. 140W mamy ok. 280W, a przy 250W/m2 zamiast ok. 35W będzie ok. 140W. Trochę tracimy przy 800W/m2, zamiast 350W będzie ok. 300W. Gdy uwzgledni się fakt, że ilość energii jaką można zebrać przy pełnym zachmurzeniu jest niewielka możemy uznać, że PV skonfigurowana tak by Umpp wypadło przy 500-600W/m2 najczęsciej będzie grzała bojler z wydajnoscią 50-100% co po uwzgledniuniu baaaardzo słabego uzysku przy mocnym (<200W/m2) zachmurzeniu daje w/w średnioroczną w okolicy 70%. Dodanie dobrego regulatora z MPPT niewiele zmiania bo przy 200W/m2 z 550W PV da sie wycisnąć max 100W, a przy 100W/m2 (pełne zachmurzenie) max 50W - dla 100 l bojlera daje to grzanie wody z szybkością odpowiednio 0.8 i 0.4 stopnia na godzinę. Po 12h grzania od temp 20 stopni na bojlerze mamy 30 i 25 stopni - z pustego i Salomon nie nagrzeje ;). Co innego bojler pionowy i 2 grzałki, 2x mniejszą objętość ogrzeje się o 1.6 i 0.8 stopnia na godzinę co przy 200W/m2 daje sensowną temperaturę na bojlerze w okolicy 36 stopni.
  • Level 24  
    BocianXX wrote:
    Przepraszam za OT ale nie mogłem się powstrzymać :twisted:

    ...Polacy są tak agresywni, a to dlatego, że nie ma słońca
    Nieomal przez siedem miesięcy w roku, a lato nie jest gorące
    Tylko zimno i pada, zimno i pada na to miejsce w środku Europy...


    PS. A to Brizo i Brizo HV jak działa dokładnie? Jak w tym sterowniku ustawiany jest punkt pracy?


    Ustawiasz napięcie pracy sterownika, czyli np z paneli nominalnie masz 120V to ja ustawiam zawsze poniżej czyli np 118V dodatkowo ustawisz częstotliwość PWM czyli 15Hz, 61Hz, 488Hz i chyba 3,9kHz, ustawiasz takie rzeczy jak dane bocznika, przekłamanie woltomierza i takie tam, a dodatkowo jeszcze masz czujnik temp i ustawiasz punkt przełączenia z CWU na CO i punkt powrotu do grzania CWU...
    Od razu powiem że nie ma MPPT ale i tak jak na moje potrzeby sprawdza się to rewelacyjnie...
    Oczywiście sterownik zlicza wyprodukowaną energię i jest ona wyświetlana tak jak i wypełnienie sygnału PWM, moc chwilowa, moc uśredniona itd...

    Dodano po 1 [minuty]:

    P.s.
    Są dwie wersje modułów wykonawczych do 200V na Mosfetach oraz od 200V do 400V na IGBT
  • Level 14  
    Hmm, ciekawe to brizo, ktoś się napracował w pisaniu kodu tego urządzenia. Szkoda tylko, że nie uwzględnia to rozwiązanie zmian parametrów elektrycznych paneli wynikających z ich temperatury pracy. U siebie obserwuję w ciągu roku dla Vmp 60V z naklejki wahania ok. +/-7V. Dla napięcia pracy optymalnej 120V@25*C te zmiany mogą sięgać 15V w jedną lub drugą stronę, a to już niemało. Co by nie mówić to z pewnością korzystniejsze rozwiązanie niż Direct Drive, którego jak pisałem jestem przeciwnikiem.
  • Level 24  
    Praca paneli zależy też od kąta padania słońca i zachmurzenia, np ja obserwuje na inwerterze że monokryształy przy zachmurzeniu mają 410V a przy pełnym słońcu idealnie padającym mają 360V...
    Ale jak to mówią nie można mieć wszystkiego...
    Dlatego chwalę to Brizo bo jak dla mnie jest super, a jeśli chodzi o jakość wykonania, całą oprawę w instrukcje (chyba ze 20 kartek), kartę gwarancyjną oraz serwis (raz zrobiłem zwarcie na grzałce aż upaliło sterownik, tydzień czasu i był naprawiony) to na prawdę polecam, chodź nawet człowieka na oczy nie widziałem :) ba nawet z nim nie rozmawiałem przez tel, wszystko mailowo...
    Trzeba wspierać i promować kreatywnych...
  • Level 14  
    Leon444 wrote:
    Praca paneli zależy też od kąta padania słońca i zachmurzenia, np ja obserwuje na inwerterze że monokryształy przy zachmurzeniu mają 410V a przy pełnym słońcu idealnie padającym mają 360V...

    A ja obserwuję, że Twoje obserwacje, tak naprawdę tyczą się tego co wspomniałem wcześniej, czyli zmiany aktualnej temperatury pracy ogniw krzemowych, ale nie będę na siłę przekonywał ;-) Jak pisałem wcześniej, im wyższe napięcia pracy tym różnice większe i bardziej odczuwalne.
  • Level 13  
    Bardzo fajny pomysł, już napisałem do autora o pomoc przy zmianie parametrów żeby dostosować sterownik do moich podzespołów układu :)
  • Level 14  
    @Leon444 a jeszcze powiedz mi jak ten Brizo jest zasilany przy pracy na grzałkę? Przejrzałem właśnie opis jakiejś wersji i jest tam w większości mowa o ładowaniu akumulatorów + płynne załączanie dodatkowego obciążenia po naładowaniu aku do pełna. U Ciebie to działa z akumulatorami czy autonomicznie, tylko na CWU i ew. CO + sam zasila się z PV?
  • Level 24  
    U mnie to działa bez akku, tylko CWU i CO, zasilane mam z układu 12V (zasilacza), ma to swoje plusy i minusy, na minus to że potrzebujesz zewnętrznego 12V a plus jest taki że działa non stop i nawet gdy nie ma słońca można zmieniać wszystkie parametry.
    A jeden z tych Brizo obsługuje mi elektrownię wiatrową 1,5kW tak że i tak w takim wypadku musi być zasilanie zewnętrzne ze względu na charakterystykę pracy wiatraka...
    A że mam też w części domu oświetlenie 12V i wypuszczone przewody z kotłowni więc mam UPS-a a pod nim zasilacz 12V 15A, który obsługuje i Brizo i cześć sterownia grzaniem z sieci (timery i styczniki) oraz oświetlenie, więc mi to nie przeszkadzało, że 12V musi być dla Brizo,...
  • Level 14  
    Właśnie też myślałem o zaprzęgnięciu tego Brizo do obsługi mojej elektrowni wiatrowej 600W przy pracy na grzałkę w bojlerze. Zewnętrzne zasilanie 12V przy obsłudze turbiny wiatrowej jest jak najbardziej oczywiste. Ale u mnie sytuacja jest troszeczkę bardziej skomplikowana bo na grzałkę w ciągu dnia pracuje również PV 490W poprzez mój regulator. Możemy więc mieć sytuację, że na grzałce będzie 20-30V już od samego PV a brizo miałby "dobijać" energię z turbiny w ten obwód. Aktualnie mam po prostowniku trójfazowym wyjście na włączalny i wyłączalny kontroler Boost i działa to całkiem nieźle o ile PV utrzymuje na grzałce min. 16V (bo w tej topologii Uwy musi być wyższe od Uwe). Booster działa o tyle fajnie, że logikę działania sterownika załącza od 12V a pracę zaczyna od 15V pozwalając turbinie 24V wejść na pewne obroty i dopiero wtedy ją obciąża. Turbina zwalnia i napiecie spada poniżej 15V wtedy odcina obciążenie i znowu może się rozkręcić. Jeśli natomiast światła jest mało lub noc i napięcie na grzałce jest za niskie turbina jest już od samego dołu obciążana bo booster nie ma jak zadziałać. Tylko teraz jak zrobić aby połączyć pracę boost, zasilanie z PV i PWM brizo w jeden działający układ?
  • Level 24  
    To już musisz autora pytać o takie rozwiązania, bo nie wiem czy prąd wtórny z paneli nie uszkodzi końcówki w Brizo...