Hlavní navigace

Střípky solárního barona 02 - boiler a wattrouter

16. 12. 2021 16:21 (aktualizováno) Great Lama

Dnes se podíváme na nahřívání vody v boileru edit: pomocí „přetoků“ z FVE. Boiler je nejlepší přítel solárního barona. Důvody jsou jednoduché, jedná se o nejlevnější baterii, kterou si k FVE můžete pořídit. Dalším důvodem je že mnoho lidí už ho doma má před realizací FVE.

Například k ohřátí. 200 l vody o 45 °C potřebujete 10.6 kWh. Konkrétní případ je snadné spočítat pomocí kalkulačky na tzb-info.cz.

Nevýhodou boilerů je celkem vysoké samovybíjení, obvyklá ztráta je přes 1 kWh. Během topné sezóny tato ztráta nevadí (vytápí dům), v létě to také není velký prolém – elektřiny z FVE je přebytek.

Další otázkou je jaká je vaše denní spotřeba teplé vody. Podle odhadů dostupných na internetu je to zhruba 60 l teplé vody na osobu a den. Neboli pro 4 člennou rodinu se jedná o 200 l / 10.6 kWh. Moje zkušeností ukazují na méně než poloviční spotřebu.

Úpravy boileru

Vzhledem k tomu že mám třífázovou FVE, byla nutná přestavba boileru z jednofázového na třífázový. Díky tomu, že můj boiler má tzv. suché těleso, byla přestavba triviální, stačilo zakoupit těleso vhodných rozměrů a výkonu a 3f termostat a provést výměnu (bez nutnosti instalatéra). Doporučuji firmu nadeta, která je schopna dodat i zakázková topná tělesa.

Teplota vody

Dle 237/2014 Sb., v § 4 by teplá užitková voda měla mít teplotu 45 až 60 °C. 

ČSN 06 320 udává teplotu 50 °C až 55 °C, výjimečně 45 až 60 °C.

Moje nastavení je následující – nahřívání z FVE ukončuju při teplotě vody ve spodní části bolieru o hodnotě 43 °C a to kvůli riziku opaření a také je to tak šetrnější k boileru.

Při ohřevu z distribuční sítě stačí teplota výrazně nižší, osobně mám nastaveno 35 °C ve spodní části boileru. Důvody jsou, ponechání volné kapacity v boileru na následující den a snížení vlastních ztrát boileru.

Teploty se na první pohled zdají velmi nízké, zejména 35 °C. Reálně je ale v mém případě i při takovém nastavení teplota vody dostatečná pro i pro sprchování. Jestli je to tím, že ve vrchní části boileru je voda teplejší, nebo špatným přenosem tepla přes stěnu boileru k čidlu jsem zatím nezkoumal.

Občasné nahřátí vody v boileru nad 60 °C kvůli pozabíjení bakterií neřeším elektronicky. Vyřeší se doufám samo při natápění boileru z kotle na dřevo, dále je doufám řešeno dostatečnou výměnou vody v bolieru.

Wattrouter

Pro efektivní využití přebytků z FVE je třeba nějaké zařízení, které umí měřit hodnotu přetoků do distrubuční sítě a podle ní řídit výkon topného tělesa boileru. V mém případě se jedná o Wattrouter.  Který v mém případě přesměrovává případné přebytky do boileru a do topení. V dalším textu se omezím pouze na popis boileru.

Princip je prostý – Wattrouter měří spotřebu u paty domu a v případě přetoku do sítě distributora začně postupně proporcionálně připojovat boiler tak, aby se celková energetická spotřeba domu blížila nule.

Způsob jakým se tak děje je poměrně překvapivý. Wattrouter pomocí SSR relé připojuje zátěž pouze po doby vybraných period (možná půlperiod) sitě. Jedná se tedy o jakousi PWM modulaci. Kdy například sepnutí každé druhé periody sítě odpovídá 50 % výkonu.

Díky tomu, že SSR relé spíná v nule, vše funguje bez rušení. Předpoklad je samozřejmě rozumně nízká impedance sítě, v opačném případě můžete vyvolat Flikr, který se může projevit např. kolísáním intenzity svitu žárovek. 

Pokud by se wattrouter porouchal zvažoval bych realizaci vlastními silami v PCL. K realizaci by měl stačit 3f modbus wattmetr a PWM výstupy pro řízení SSR, vlastní regulátor by byl myslím triviální.

Cíle

Pomocí spolupráce Wattrouteru s PLC bych rád dosáhnul následujícího

  • Efektivní spotřeba přetoků
  • Minimalizace dohřívání ze sítě
  • Failsafe – při výpadku PLC, boiler bude topit
  • Respektování nízkého tarifu
  • Minimalizace vlastních ztrát boileru
  • Řízení teplosty z PLC, v budoucnu doplněné o predikci dle předpovědi počasí a režim dovolená
  • Zachování mechanického termostatu, který zabrání přetopení boileru i případě poruchy PLC.

,,Komunikace'' Wattrouteru s PLC

Přestože Wattrouter obsahuje rozhraní USB, Ethernet a Modbus, neumožňuje po těchto linkách svoje řízení. Linky jsou určeny pouze pro konfiguraci.

Dále obsahuje 4 kombinované vstupy (výrobcem nazývané ANDI), tyto vystpy ale překvapivě nelze přímo použít jako digitání vstupy. V konfiguračním SW lze volit pouze z možností (analogové) měření výkonu, čítač impulzů S0, NTC a PT1000.

Pro ,,komunikaci'' s Wattrouterem tedy použijeme trik s falešným NTC čidlem. Podle dokumentace Wattrouter počítá s 10 kOhm NTC. S pomocí reléového výstupu Unipi Neuron a dvou 10 kOhm odporů můžeme simulovat následující stavy

  • Relé rozepnuto – Wattrouter vidí jeden 10 kOhm odpor a interpretuje ho jako 20 °C
  • Relé sepnuto – Wattrouter vidí dva 10 kOhm odpory paralelně a interpretuje je jako 40 °C

Poznámka: Uvedený postup je zcela obecný a lze ho použít pro ovládání z libovolnéhé PLC.

Nastavení Wattrouteru

Ve Wattrouteru musíme vytvořit dva časové plány

  • Terminologií Wattrouteru ,,Omezit'' – Má nejvyšši prioritu a umožní rozepnout SSR relé – toho využívám pro funkci digitálního termostatu. Po natopení vody v boileru nad určitou teplotu rozepneme SSR relé a dále už přetoky do boileru nesměrujeme. 
  • Terminologií Wattrouteru ,,Vynutit'' – Má nižší prioritu než omezit a umožní sepnout SSR relé nehledě na stav přetoků – toho využívám pro večerní dohřátí vody. Časový plán vynutit má také na starosti hlídání nízkého tarifu.

Jak je vidět z konfigurace tak se v našem případě o žádné realné časové plány nejedná. Oba jsou platné celý den a jejich aktivace se řídí pouze falešnou teplotou.

Algoritmus

Algoritmus řízení je prostý, jednotlivé stavy jsou popsány v následující tabulce

Akce ANDI2 Vynutit ANDI1 Omezit
Pokud je teplota v boileru nižší než 43°C povol spotřebovávání přebytků, nebo večerní dotopení z DS 40°C  – relé sepnuto 20°C – relé rozepnuto 
Pokud je teplota v bolieru vyšší než 43°C zakaž spotřebovávání přebytků i večerní dotopení z DS X 40°C  – relé sepnuto
Mezi 18:30 a 21:00 dotop boiler na 35°C  20°C – relé rozepnuto  20°C – relé rozepnuto 
Spusť dotopení boileru na 2h po západu slunce 20°C – relé rozepnuto  20°C – relé rozepnuto 

Program v PLC

Pro zvídavé jedince – ano mohl jsem teplotní čidlo připojit přímo k Wattrouteru a PLC do řízení vůbec nezapojovat. Nevýhody by pak byly následující:

  • Fixní nastavení ve Wattrouteru
  • Další teplotní čidlo + kabeláž
  • Nemožnost pokročilejších algoritmů (režim dovolená, práce s předpovědí počasí)

Následuje obrázek programu řízení boileru v prostředí mervis v ,,debug'' módu. Omlouvám se za hnusný obrázek, ale nepřišel jsem na to jak do zdejšího systému vložit obrázek širší než 720 px.

Na závěr pár grafů z řídícího systému

První graf ukazuje zachycuje polojasný den s mnoha mráčky, který stačil na nahrátí boileru z FVE, aktivoval se digitání termostat (signál bolier_off). Dohřívání ze sítě nebylo potřeba.

Druhý graf zachycuje zamračený den. Výroba nic moc, večer bylo třeba dohřívat z distribuční sítě (aktivace signálem boiler_on). Dohřívání se spustilo se západem slunce, ale nízký tarif umožil reálné  sepnutí a nárůst teploty vody až v 17:00.

Závěr

Zkušenosti po zhruba měsíčním provozu jsou dobré. Wattrouters zvládne využít cca 90% potenciálních přetoků. Zhruba 10% vyrobené energie odejde vlivem nedokonalé regulace do sítě distributora (údaj vznikl porovnáním přetoků měřených elektroměrem obchodního měření a údajů o výrobě z měniče).

Příště bych se rád podíval na využití předpovědi počasí nebo předpovědi výkonu elektrárny na inteligentnější řízení dohřívání boileru ze sítě.

Sdílet