Контроллер солнечного коллектора
- Войдите на сайт для отправки комментариев
Пт, 26/07/2013 - 10:09
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..................................
Вы бы написали при каких температуах воздуха у Вас все это приключалось. И как оно зимой будет выглядеть?
Перечень параметров которые отображаются на дисплее:
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....
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.
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
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................
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.
А если температура в болере и в коллекторе сравняется и начнет расти, тогда что делать?
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
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....
А бочку нельзя поставить выше коллектора, чтобы теплая вода самотоком туда поднималась, а холодная опускалась в коллектора?
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.
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.
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
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:
а как вставить фотки?
а как вставить фотки?
http://arduino.ru/forum/obshchii/sokhranenie-kartinok-na-forume
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.
Вроде тема на arduino.ru а sketch не видно.Думаю что на этом форуме фотки вашего коллектора интересуют меньше всего
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.
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
Они лопнули.
неправда - закипело потому, что конструктивно отсутствует система аварийного сброса температуры короба.
Безобразие.
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.
а зимой система работает? оч интересно
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...
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?
Я был бы рад потестировать код вашего контролера мне интересна эта тема если предложение еще актуально
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
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:)
А ваши старые наработки посмотреть можно? Возможно чтото возму для себя
Опочки... Приподниму...
Вместо радиаторов батарей - лист кровельной жести 0,5 х 1250 х 2500 (~ $10). Режем надвое. Болгаркой отрезаем несколько полосок шириной примерно по сантиметру, по всей ширине листа. Полоски выкладываем по периметру орезанной половины листа, так, чтобы они выступали за него наружу миллиметра на три. Получается замкнутая рамка. Хватаем точечно полоски к листу аргоном, чтобы зафиксировать. В углах листа, по диагонали, на сосновой (мягкой) доске, молотком с округлым бойком, выстукиваем пологие вмятины глубиной три-четыре миллиметра и диаметром миллиметров 100. По центрам вмятин сверлом-ёлочкой сверлим две дырочки диаметром 20 мм. Берём полудюймовый сгон, режем надвое, подгоняем, плотно вставляем в дырочки, обвариваем по торцам обрезков трубы (изнутри) аргоном. Получаем два ввода под резьбу 1/2". От одного ввода до другого, теми же полосками, выкладываем "змейку", по всей площади листа, несколько колен. Ширина канала "змейки" - миллиметров 150. Накрываем всё это второй половиной листа, стыкуем, хватаем, и обходим по периметру аргоном, оплавляя выступающую часть полосковой рамки, схлопывая кромки листов воедино. Сквозь тонкие дырочки (миллиметра два) хватаем верхний лист к "змейке" - точечно, чтобы организовать преимущественное движение воды по каналу "змейки". Получаем герметичный "конверт", по которому внутри, зигзагообразно, будет двигаться плёнка воды сечением примерно 1 х 150 мм (с учётом коробления при сварке). Общая ёмкость квадратного "конверта" со стороной 1,25 м, по расчётам, составит чуть более литра. Т.е. насос будет прокачивать весь объём нагретой воды, находящейся в данный момент в "конверте", за какие-то секунды: выглянуло солнышко - вжик - и оно уже в термоизолированной бочке... Приёмную поверхность "конверта" равномерно черним куском горящей резины. Накрываем стеклопакетом, теплоизолируем, тосол либо жидкое минеральное масло, насос (скорее всего - перистальтика, ибо другой такую конфигурацию просто гидравлически не продавит), контроллер и т.д. и т.п. Т.е. общая, сырая концепция состоит в том, чтобы отказаться от меди и алюминия в пользу копеечной жести, а разницу в теплопроводности материалов скомпенсировать геометрией прокачиваемого теплоносителя (стержень ---> плёнка).
Скетчей нету - чем богаты, так сказать... Просто гугль выдал эту ветку по запросу "солнечный коллектор". Почитал - понял, что мой вариант может кого-то заинтересовать. Проект мой сейчас находится на стадии макетирования - сварил аргоном вышеописанную конструкцию, только размером примерно с почтовый конверт. Чисто чтобы проверить степень своей криворукости. Горелку держал третий раз в жизни, и тем не менее тест на наддув 8 кгс от воздушного компрессора конструкция успешно выдержала, не дав ни одного пузырька, будучи погружена в ведро с водой. От 8 кгс плоский конверт превратился в плоскую подушку, но ничего не треснуло и не засвистало... Собираюсь масштабировать до размеров, описанных выше! С удовольствием отвечу на вопросы, рассмотрю предложения...
Вместо предложенного выше аварийного вскрытия короба коллектора по превышению допустимой температуры, я могу представить себе жалюзИ с электроприводом, автоматически затеняющие коллектор в случае "выхода на упор" системы его охлаждения. Кинематика элементарная, электрика-электроника тоже. Весь привод монтируется ПОД коллектором, который своим телом будет защищать его от губительного воздействия атмосферных явлений. о_0 Сам блок жалюзи можно втыкать в коллектор по сезону, снимая его на зиму в сарай. Главное, не забыть вовремя вернуть на место...