Контроллер солнечного коллектора

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

 

конец дошли руки написать пару строчек о своем проекте.

Предистория проекта была такова.

Был собран солнечный коллектор, схем реализации в сети полно. Мой выглядит так (фотки будут чуть позже):

Сбитая из досок коробка 2,5мХ2,5м. Дно и стены изнутри утеплены 100мм минваты, на дно (поверх ваты) выстелил листами старого кровельного железа. Сверху на листы кинул старые радиаторы отопления выкрашенные в черный цвет (6 старых батарей отопления (труба 3/4 обжатая пластинами). Соединил их между собой металлопластиковой трубой 16мм.  Накрыл 3-мя стеклопакетами. Установил датчик температуры от терморегулятора внутри коробки. Запрограммировал терморегулятор таким образом, что при достижении температуры внутри коллектора 85 градусов - включается циркуляционный насос, и горячая вода из коллектора сливается в бойлер (хорошо теплоизолированная бочка на 35л). А холодная вода из нижней части накопителя поступает обратно в коллектор. Когда радиатор охладится до 75 градусов насос отключается. И так по циклу.

Оставил систему на день без нагрузки (воды). Когда пришел с работы было обнаружено - Терморегулятор показывал температуру воздуха всередине коллектора - 142гр. Нижние стекла всех стеклопакетов разорвало. Верхние уцелели. Пластик с металлопластиковой трубы расплавился и стек вниз.
Как я предположил, температура скакнула выше 160 градусов, может даже 200. Нижнее стекло начало расширяться, а герметик склеивающий оба стекла по периметру не дал расшириться, вот и рвануло стекла.

После этого восстановил поврежденные трубы, датчик терморегулятора примотал к трубе верхнего радиатора, зазор промазал пастой КПТ. Датчик вокруг трубы утеплил 100мм минваты. Утепление сделано для того, чтобы датчик измерял непосредственно температуру радиатора а не воздуха в коллекторе.  

Залил водой систему и включил. В результате вода в бочке нагревается до 85градусов и насос не может отключиться так как горячей водой не получается охладить радиаторы теплообменника. Увеличил температуру включения насоса до 95градусов - из бочки идет пар:):) Насос все равно молотит не выключаясь.  Вывод - надо увеличить емкость бочки до 200л. 

При хорошем солнечном дне все хорошо. При переменной облачности, коллектор то нагревается - то остывает и фактически не всегда успевает нагреться до 85 градусов. Отсюда - бочка нагревается совсем мало. Исходя из этого было принято решение на базе Ардуинки сделать контроллер с дифференциальным алгоритмом нагрева воды.

Суть алгоритма такова - Контроллер измеряет температуру коллектора и бойлера. Как только температура коллектора станет выше на Delta градусов чем в бойлере, то включается насос и сливает горячую воду в бойлер а холодную из нижней точки бойлера заливает в коллектор. Когда температуры бойлера и коллектора уравняются - насос отключается. И так по кругу.Таким образом обеспечивается подогрев воды бойлера даже при повышенной облачности.  Дельта подбирается индивидуально. Я например попробую выставить 10градусов. 

Также в контроллере будут предусмотрен ряд защит и сигнализация от перегрева коллектора и бойлера. 

Итак выбор элементной базы и исполнительных механизмов:

-ардуино Mega

-релейный модуль на 2 реле

-графический дисплей ST7920

-2 датчика температуры Dallas DS18B20

-циркуляционный насос для системы отопления Willo

-сирена 12В от пожарной сигнелизации

Продолжение следует..................................

 

JollyBiber
JollyBiber аватар
Offline
Зарегистрирован: 08.05.2012

Вы бы написали при каких температуах воздуха у Вас все это приключалось. И как оно зимой будет выглядеть?

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

Перечень параметров которые отображаются на дисплее:

  •      текущие температуры коллектора и бойлера. При отказе датчика температуры соответствующее значение будет моргать на экране.
  • значение  D  = "дельта включения насоса" : "дельта отключения насоса". Дельты устанавливается вручную.
  • Значение максимально допустимой температуры коллектора и бойлера. Температуры устанавливаются вручную.
  • Состояние насоса. При работе насоса внутри кружка(так изображен насос на дисплее) бегут стрелки влево
  • Наличие минимально допустимого уровня воды в бойлере (нужен дополнительный датчик уровня). При падении уровня воды в баке – уровень на дисплее начинает моргать
  • Состояние клапан сброса воды из коллектора. При включении клапан моргает

Теперь несколько слов о выводимых параметрах. С текущими температурами коллектори и бойлера все и так понятно.

Значение максимально допустимой температуры коллектора  - температура, задаваемая пользователем. Превышение этой температуры не допустимо, а если все-таки это произошло , то включаются алгоритмы аварийного регулирования (будут рассмотрены ниже) или открывается электроклапан (для сброса воды из коллектора, чтобы не закипел коллектор) + включается звуковая сигнализация.

Рассмотрим этот параметр с практической точки. В связм с тем, что датчик температуры коллектора меряет температуру непосредственно трубы радиатора и вокруг хорошо утеплен, то получается что температура по трубе радиатора  до него доходит инерционно. Т.е при показании датчика температуры коллектора 90градусов, реальная температура воды в коллекторе 98градусов. Это следует учесть в алгоритмах защиты, т.к получается следующая картина:

-при достижении в очередной раз перепада температуры между коллектором и бойлером в Delta градусов, включится циркуляционный насос. И как показала практика за счет вышеописанного явления, температура вопреки всему не падает, а начинает расти.... аж на +8 градусов. Итолько потом начинает падать... Это надо учесть, чтобы аварийно не слитьводу в коллекторе по такому броску. И естественно что не следует устанавливать  значение максимально допустимой температуры коллектора выше 90градусов.

"Значение максимально допустимой температуры бойлера" - температура, задаваемая пользователем. Превышение этой температуры не допустимо (вы же не хотите обжечся, или чтобы расплавился пластиковый бак), а если все-таки это произошло , то включаются алгоритмы аварийного регулирования (будут рассмотрены ниже) или открывается электроклапан (для сброса воды из коллектора, чтобы остановить нагрев бойлера) + включается звуковая сигнализация.

"дельта включения насоса" - разница температур коллектора и бойлера задаваемая пользователем.  При разнице температур больше чем Delta включается циркуляционный насос и выключается, когда разница температур станет  равной "дельта отключения насоса"

"состояние насоса" - показывает работает насос или нет. 

"Наличие минимально допустимого уровня воды в бойлере" - показывает есть ли в бойлере минимально допустимый уровень воды.

Это параметр опциональный и его можно отключить. Но как показала практика вода при нагреве интенсивно испаряется. Так как у меня бойлером является 200л бочка, то я установлю в нее дозирующее устройство - поплавок как в туалетном бачке. При падении уровня воды, последняя будет автоматом подливаться.

Иначе,для определения уровня воды очевидно прийдется или купить или собрать датчик уровня жидкости. Я делал в свое время его на базе поплавка установленного в кусок пластикоывой трубы и геркона с магнитом.

"Состояние клапан сброса воды из коллектора" - показывает клапан включен или выключен.

Этот параметр тоже можно отключить, т.к далекто не все коллекторы способны довести систему до кипения. 

Кипение возможно в следующих случаях:

- при отказе датчиков коллектора

-при пропадении напряжения в сети, и насос не сможет охлаждать коллектор

-при отказе циркуляционного насоса

-при высоком КПД коллектора (как было у меня). 

С возможным пропадением электроэнергии я уже практически поборолся - купил циркуляционный насос на 12В и контроллер солнечных батарей. Собраль солнечную панель на 50Вт.

С отказом насоса и сенсоров будут "бороться" алгоритмы аварийного регулирования (расмотренны ниже будут).

Пару слов относительно увеличения КПД коллектора. Как показала практика - стеклопакет хорошее дело, только его разрывает при значительном перегреве коллектора. Впринципи можно применить стеклопакеты  используя разработанный мною контроллер и обеспечив автономное электропитание системы. Но есть риск, что если система сбросит воду из коллектора  в аварийном режиме (например при отказе насоса произошел перегрев)  то далее перегреется коллектор и может порвать стеклопакеты. Для избежания разрыва стеклопакетов есть мысль сделать стеклопакет самостоятельно. Не склеивая стекла герметиком, а например проложив между ними по перриметру слой асбоцемента. Асбоцемент будет служить отлицным теплоизолятором, не выпуская нагретый воздух из нутри стеклопакета и одновременно позволит свободно расширяться верхнему и нижнему стеклам как им захочется .

Применяя стеклопакет можно уменьшить стоимость коллектора, т.к КПД системы высок, то можно сделать теплообменник меньшего размера.  В системах без стеклопакетов приходится увеличивать площать теплообменников.

Выводы которые я сделал ранее:
1) нет смысла делать дорогой (медный) теплообменник
2) нет смысла делать теплообменник большого размера - есть смысл сделать большую коробку с черным листом жести на дне + старые радиаторы отопления (аккорды) + суперское утепление коробки. Дешевая жесть нагревается , отдает тепло в воздух, а сильно нагретый воздух греет небольшой теплообменник.

Продолжение следует....

 

 

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

JollyBiber пишет:

Вы бы написали при каких температуах воздуха у Вас все это приключалось. И как оно зимой будет выглядеть?

Ну я вроде написал при каких температурах предположительно разорвало стекла. А для зимней эксплуатации скорре всего понадобятся двойные или тройные стеклопакеты или вакуумные трубки. Этот проект мое ХОББИ. И направлено для полчения горячей воды на даче для подогрева полов и горячего водоснабжения. Как любое хобби этот прект не рентабелен. 

JollyBiber
JollyBiber аватар
Offline
Зарегистрирован: 08.05.2012

Я хотел спросить про температуру воздуха снаружи :) Я пока не думал выводить Ваш проект на рынок ;) Просто дамул о чем-то подобном для летнего душа на улице

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

алгоритмы защит:

1)при ошибке (отказе) сенсора (датчика температуры) коллектора

   - моргать значением температуры сенсора коллектора на дисплее

  -  включить звуковую сигнализацию

  - включить насос

Насос включаем, чтобы вода циркулировала постоянно и не перегрелся коллектор

 

2) при ошибке сенсора бойлера

   - моргать значением температуры сенсора бойлера на дисплее

  -  включить звуковую сигнализацию

   - при превышении температуры коллектора больше чем "максимально допустимая температура  бойлера" - открыть клапан сброса воды коллектора.  

Воду сбрасываем из коллектора, чтобы не перегрть бойлер

 

3) при падении уровня воды бойлера

   - моргать значением уровня бойлера на дисплее

  -  включить звуковую сигнализацию

4)звуковая сигнализация отключается (квитируется) нажатием на кнопку или тогда, когда параметр возвращается в допустимые пределы значений

5) при превышении мах. темп коллектора или бойлера:

- включить звуковую сигнализацию и не отключать пока не сквитируется с кнопки.

- моргать соответствующим значением  "Мах:" на дисплее до тех пор пока не сквитируется с кнопки звуковая сигнализация

- выдержать паузу 5 мин (вдруг датчик попустит)

 - если не попустило то открыть клапан сброса воды из коллектора.  Если успеть сквитировать ошибку, то сброс остановится

 

Если у вас есть мысли по усовершенствованию защит - выкладывайте

Продолжение следует................

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

JollyBiber пишет:

Я хотел спросить про температуру воздуха снаружи :) Я пока не думал выводить Ваш проект на рынок ;) Просто дамул о чем-то подобном для летнего душа на улице

Наружную температуру не мерял, на в хороший солнечный день она будет порядка 30градусов.

carduino.ru
Offline
Зарегистрирован: 06.12.2011

А если температура в болере и в коллекторе сравняется и начнет расти, тогда что делать?

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

Вот ссылочки:

на дисплей: http://www.buyincoins.com/item/11573.html

датчики температуры - http://www.ebay.com/itm/261233687972?ssPageName=STRK:MEWNX:IT&_trksid=p3984.m1439.l2649

помпа 12В - http://www.aliexpress.com/snapshot/234971122.html

контроллер для солнечной батареи - http://www.eco-worthy.com/catalog/product_info.php?cPath=78&products_id=181 там же и солнечные батареи и элементы.

релейный модуль - http://www.buyincoins.com/item/11200.html

сирена  -  http://bezpeka.opta.com.ua/item.asp?id=0000000017395&mm=0

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

carduino.ru пишет:

А если температура в болере и в коллекторе сравняется и начнет расти, тогда что делать?

это все описано в алгоритмах защит. Первой сработает защита по превышению температуры воды в бойлере. Ивините что много букафф....

Zapek@n
Offline
Зарегистрирован: 16.02.2012

А бочку нельзя поставить выше коллектора, чтобы теплая вода  самотоком туда поднималась, а холодная опускалась в коллектора?

Клапауций
Offline
Зарегистрирован: 10.02.2013

Как идея для размышления - видимо, в наших широтах, когда температура в зимний/летний период находится в границах +-30 градусов имеет смысл использовать систему с закрытым нагревательным контуром, а в качестве теплоносителя использовать что-то вроде тосола.

Потому, как в предложенном варианте оно подойдёт разве что для Израиля или Индии.

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

Zapek@n пишет:

А бочку нельзя поставить выше коллектора, чтобы теплая вода  самотоком туда поднималась, а холодная опускалась в коллектора?

можно, и так многие делают.  Вмоем случае коллектор рассположен на крыше и технически не получается бочку поднять выше коллектора. Да и на мой взгляд КПД у системы с насосом будет повыше. К тому же если у вас большая площадь теплообменников, то тяжело их выставить так, чтобы обеспечить естественную циркуляцию.

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

Клапауций пишет:

Как идея для размышления - видимо, в наших широтах, когда температура в зимний/летний период находится в границах +-30 градусов имеет смысл использовать систему с закрытым нагревательным контуром, а в качестве теплоносителя использовать что-то вроде тосола.

Потому, как в предложенном варианте оно подойдёт разве что для Израиля или Индии.

Это проект исключительно для лета:)  Конечно можно применить и тосол, никто  не запрещает, только надо тогда тосол сливать при аварии в емкость, а то уж больно он дорогой. К тому же как показала практика, вода при циркуляции по старым ржавым батареям приобретает не очень приятный цвет, сверху бойлера образуется рыжая пленка. Это я к тому, что пользоваться напрямую горячей водой из бойлера не получится. Надо ставить в бойлере теплообменник для передачи тепла в систему горячего водоснобжения или делатьзамкнутый контур коллектор-теплообменник в бойлере

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

наконец дошли руки написать пару строчек.

На днях отключил автоматику и коллектор закипел. Звуки весьма неприятные и угрожающие...

Внизу фотки моего коллектора и автоматики. Также видно как оплавилась металлопластиковая труба при перегреве.

Код написан, проект в стадии тестирования. Столкнулся с проблемой - датчик температуры коллектора запитан фантомным питанием, т.е от датчика идет не 3 а 2 провода. В итоге с этим датчиком постоянно проблемы. То запускается не с первого раза, то перестает отвечать, то выдает одну и ту-же температуру, причем библиотечный алгоритм проверки не обнаруживает что он "висит". Похоже проблемка связана с тем, что для понижения питания с 12В до 5В стоит DC-DC преобразователь. На выходе он держит стабильно 5В но помехи похоже на выходе сильные. При стабилизированном источнике питания датчик температуры работает стабильно. 

Контроллер работает, регулирует.. На дисплее видно слеваа - это изображение солнечного коллектора, справа - бойлера. Внутри коллектора и бойлера указаны их текущие температуры. Если датчик отказал, то значение температуры по соответствующему моргает и включается в работу соответствующий алгоритм регулирования по отказу конкретного датчика.
В кружке слева внизу изображен насос. Если влево бегут стрелочки, значит он работает.
Снизу указаны максимальные температуры для коллектора и бойлера соответственно. Если значение максимальной температуры моргает, то это значит, что произошло превышение соответствующей температуры, и сработал соответствующий алгоритм аварийной защиты.
Пока не дорисовал только изображение клапана сброса теплоносителя из коллектора. Когда произойдет сброс, клапан будет моргать.
Большой графический экран дает возможность выводить большое количество и текстовой информации. Зимой доработаю программное обеспечение таким образом, что можно будет просматривать примитивную статистику, а на компьютер выгружать детальную статистику для анализа работы алгоримов регулирования, постороения графиков и т.д.
Пришлось помучаться с отличным релейным модулем о Баинкоинс. Как оказалось релейный модуль включает реле по пропадения управляющего сингала. А я в программе выдавал высокий уровень для его включения. Пока разобрался потратил целый час. Кстати через последовательный порт можно и сейчас смотреть статистику работы контроллера.Через определенныое время, все комманды , параметры и состояние исполнительных механизмов выдаются в последовательный порт в удобном виде. 

Я не уверен что Ардуино МИНИ ПРО имеет иитерфейс SPI для подключения графического дисплея как у меня. Я построил систему на Ардуино Мега - то что было под рукой, но у меня есть и Ардуино МИНИ ПРО. Возможно получится на нем собрать контроллер.

Всем кому интересно предлагаю потестировать контрллер в различных режимах его работы. Т.е иммитировать отказы датчиков, превышения температуры коллектора или бойлера, и в комбинации всех этих вещей.
Если есть предложения по доработке контроллера - предлагайте.

вот так раньше была реализована автоматика:

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

а как вставить фотки?

toc
Offline
Зарегистрирован: 09.02.2013

RainMan пишет:

а как вставить фотки?

http://arduino.ru/forum/obshchii/sokhranenie-kartinok-na-forume

Клапауций
Offline
Зарегистрирован: 10.02.2013

RainMan пишет:
На днях отключил автоматику и коллектор закипел. Звуки весьма неприятные и угрожающие..

Нужно делать механическую автоматику сброса температуры коллектора.

Если бы делал сам, то заслонки с механическим приводом, открывающие доступ внешнего воздуха в короб при повышении температуры выше критической - чисто механика, никакого электричества.

Или, иным образом решить конструктивную проблему критического перегрева короба в отсутсвии теплоносителя.

juroku
Offline
Зарегистрирован: 10.09.2013

Вроде тема на arduino.ru а sketch  не видно.Думаю что на этом форуме фотки вашего коллектора интересуют меньше всего

Клапауций
Offline
Зарегистрирован: 10.02.2013

juroku пишет:

Вроде тема на arduino.ru а sketch  не видно.Думаю что на этом форуме фотки вашего коллектора интересуют меньше всего

А, смысл в скетче?

Там электронных мосгов достаточно советский Буран посадить, но незадача - лопаются стёкла.

juroku
Offline
Зарегистрирован: 10.09.2013

При чём тут стёкла,у него циркуляций не было вот и закипело.Форум то по электронике а тут вата трубы стекло и не слова по контролёру 

Клапауций
Offline
Зарегистрирован: 10.02.2013

juroku пишет:
При чём тут стёкла

Они лопнули.

juroku пишет:
,у него циркуляций не было вот и закипело.

неправда - закипело потому, что конструктивно отсутствует система аварийного сброса температуры короба.

juroku пишет:
Форум то по электронике а тут вата трубы стекло и не слова по контролёру 

Безобразие.

bankir1980
Offline
Зарегистрирован: 21.01.2014

Интересная тема :)

Но поразмыслив можно вообще без контроллера обойтись :)

Приделать сбоку ящика двигатель стирлинга с подсоединением эл. генератора и доп нагрузки на ось для регулировки температуры начала работы, например как вот тут http://www.stirlingmotors.ru/Pages_pikch/sale/DS-tr20.gif

При превышении определенной температуры будет разгоняться двигатель стирлинга и забирать тепло на механическую работу по раскрутке эл. генератора, который в свою очередь может запускать насос прокачки, который горячую воду из коллектора перенесет в бак тем самым температура в коллекторе понизится и двигатель затормозит и отключит насос.

Если коллектор с сильно высоким КПД, то можно поставить и второй двигатель с бесполезной нагрузкой на шкиве. Вот и пусть лишнее тепло сбрасывается на этом двигателе :) Или можно приспособить зарядку аккумуляторов и электроснабжение небольшое сделать вдобавок :)

PS. Только после поста заметил, что на картинке по ссылке есть  и цена :) Это ни в коем случае не реклама :) Это реальное предложение по выходу из ситуации с перегревом коллектора.

 

igorina33
Offline
Зарегистрирован: 07.12.2014

а зимой система работает? оч интересно

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

зимой не пробовал,  но думаю толку не будет. У нас в Харькове зимой солнце бывает редко.  Бывают года, когда зимой много солнечных дней. В крыму наверно куда нишло...

Tolchoks
Offline
Зарегистрирован: 27.05.2016

bankir1980 пишет:

Интересная тема :)

Но поразмыслив можно вообще без контроллера обойтись :)

Приделать сбоку ящика двигатель стирлинга с подсоединением эл. генератора и доп нагрузки на ось для регулировки температуры начала работы, например как вот тут http://www.solarenergy.org.ua/shop/katalog-geliokolektor

При превышении определенной температуры будет разгоняться двигатель стирлинга и забирать тепло на механическую работу по раскрутке эл. генератора, который в свою очередь может запускать насос прокачки, который горячую воду из коллектора перенесет в бак тем самым температура в коллекторе понизится и двигатель затормозит и отключит насос.

Если коллектор с сильно высоким КПД, то можно поставить и второй двигатель с бесполезной нагрузкой на шкиве. Вот и пусть лишнее тепло сбрасывается на этом двигателе :) Или можно приспособить зарядку аккумуляторов и электроснабжение небольшое сделать вдобавок :)

PS. Только после поста заметил, что на картинке по ссылке есть  и цена :) Это ни в коем случае не реклама :) Это реальное предложение по выходу из ситуации с перегревом коллектора.

 

 

логично)))

а скажите, какой лучше солнечный коллектор выбрать плоский или вакуумный?

 

alexval2007
Offline
Зарегистрирован: 10.11.2012

RainMan пишет:
Всем кому интересно предлагаю потестировать контрллер в различных режимах его работы. Т.е иммитировать отказы датчиков, превышения температуры коллектора или бойлера, и в комбинации всех этих вещей. Если есть предложения по доработке контроллера - предлагайте.

Я был бы рад потестировать код вашего контролера мне интересна эта тема если предложение еще актуально

sergiooliva
Offline
Зарегистрирован: 19.09.2016

ничего себе система, я вот тут заказывал - http://clima-tech.com.ua/catalog-products/category/solnechnye-kollektory/ploskie-kollektory/ . У меня что-то попроще будет

RainMan
Offline
Зарегистрирован: 21.06.2011

alexval2007 пишет:

RainMan пишет:
Всем кому интересно предлагаю потестировать контрллер в различных режимах его работы. Т.е иммитировать отказы датчиков, превышения температуры коллектора или бойлера, и в комбинации всех этих вещей. Если есть предложения по доработке контроллера - предлагайте.

Я был бы рад потестировать код вашего контролера мне интересна эта тема если предложение еще актуально

к сожалению так закрутило что пришлось оставить этот проект,  как и все остальные разработки. Наверно лет через 10-15 продолжу:)

alexval2007
Offline
Зарегистрирован: 10.11.2012

А ваши старые наработки посмотреть можно? Возможно чтото возму для себя