MPPS regulátor pro napájení boileru z fotovoltaických panelů - stavebnice.

Chcete ušetřit peníze za ohřev vody nebo vytápění? Čtěte dál. Jste majitelé chaty a potřebujete v létě ohřívat vodu v boileru a v zimě temperovat objekt obyčeným přímotopem? A neplatit za energii? Regulátor je určen i pro vás. Ale pozor, připojované zařízení musí mít čistě odporový charakter bez dodatečné elektroniky (displej, elektronický termostat, venilátor apod) a musí být vypínané mechanickým termostatem. 

Stavebnice (deska + součástky, viz návod v sekci Ke stažení) pro zájemce o elektroniku. Plastovou skříňku nebo panely s otvory pro dobré chlazení (viz záložka Související) lze přiobjednat.

Popis činnosti, softwarová verze 8

MPPS regulátor 1. generace optimalizuje přizpůsobení odporu topné spirály boileru a fotovoltaických panelů tak, aby energie získaná z panelů byl co největší. Zapojuje se mezi solární panel a topnou spirálu boileru. Je určen k vestavbě do rozvaděče s ostatními přístroji jako odpojovače, přepěťová ochrana, stykače atd.

Výstupní napětí na výstupu je střídavé, takže regulátor může být používán i s běžným boilerem s topnou spirálou pro střídavé napětí.

Na výstup lze připojit boiler s příkonem do 3 kW (s aktivním chlazením až do 4 kW). Vstupní napětí může být od 60 do 430 V a vstupní proud do 16 A. Regulátor při napájení boileru používá novou metodu aktivního vyhledávání optimálního pracovního bodu (MPPS – Maximum Power Point Searching). Tato metoda eliminuje ztráty výkonu oproti metodě MPPT v případě, že fotovoltaické panely nemají stejné vlastnosti, jmenovitý výkon, mění se jejich teplota nebo nejsou rovnoměrně osvíceny. K indikaci napájení a aktuálního výkonu slouží 6 LED diod na předním panelu. Regulátor má druhý DC výstup, na který je automaticky přesměrována energie (bez jakéhokoliv jiného zásahu) z panelů v případě, že je boiler na AC výstupu odpojený. Regulátor může pracovat ve čtyřech režimech činnosti, které jsou popsány v dalším textu. Pomocí tlačítka na desce regulátoru lze do paměti procesoru uložit osm parametrů: jmenovité výstupní napětí, perioda testování panelu, perioda testování připojení boileru na výstupu, režim činnosti, jmenovitý příkon zátěže, objem ohřívané vody, minimální teplota ohřevu a minimální napětí panelů.

Režimy činnosti regulátoru:

3) prioritní je vždy AC výstup, DC výstup se používá k přepnutí dvou zátěží pomocí externího stykače: dokud je na AC výstupu připojená zátěž 1 (testuje se periodicky), DC výstup je vypnutý. Pokud se zátěž 1 na AC výstupu odpojí, zapne se DC výstup (tj. na DC výstupu se objeví napětí panelů). Tímto napětím se napájí externí spínaný zdroj 24VDC*, na který je připojena cívka externího stykače*. Stykač přepne AC výstup na zátěž 2 a regulátor pět reguluje výstupní napětí (MPPT). Po nastavené době  regulátor vypne DC výstup, stykač odpadne a na AC výstup se připojí se zátěž 1. Pak regulátor zkusí otestovat, jestli se zátěž 1 připojena. Pokud ano, začne regulovat napětí na zátěži 1, pokud ne zapne DC výstup, tím sepne stykač, připojí se zátěž 2 a regulátor začne regulovat napětí na zátěži 2. Pokud by nebyla připojena ani jedna zátěž, regulátor pomocí DC výstupu přepíná stykač sem a tam, dokud nenalezne připojenou zátěž. V tomto režimu je DC výstup použit pouze k přepínání zátěží na AC výstupu.

4) boiler na AC výstupu, který regulátor připíná externím stykačem (pomocí DC výstupu) na síťové napětí 230 V, pokud není dost solární energie: cílem je, aby večer byla voda ohřána na minimální zvolenou teplotu i ve dnech, kdy je solární energie málo. regulátor při každém testu posoudí, zda energie dodávaná z panelů dostačuje k tomu, aby byla voda v boileru ohřána do večera na zvolenou teplotu. Uživatel si nastaví jmenovitý příkon a objem boileru a minimální požadovanou teplotu vody. Ze zadaných hodnot regulátor vypočítá množství potřebné energie. Pokud při testu panelů regulátor usoudí, že solární energie je málo, sepne DC výstup. Externí stykač, který je připojen na tomto výstupu, odpojí boiler od AC výstupu regulátoru a připojí ho na síťové napětí 230 V. Regulátor po zvolené době opět provede test a posoudí, zda je nebo není dost energie k ohřevu z panelů a bude napájet boiler energií z panelů nebo ze sítě.

Pozn.: Regulátor využívá pulzně šířkovou modulaci, při které se od topné spirály v boileru může ozývat slabé bzučení, které by mohlo narušovat klid v prostorách, ve kterých je boiler umístěn.

Základní technické údaje:

Napájecí napětí:                                   od 60 do 430 V

Vstupní proud:                                     maximálně 16 A

Jmenovité napětí boileru:                     nastavitelné od 10 do 250 V

Minimální napětí panelů:                     nastavitelné od 60 do 250 V

Perioda testování panelu:                    nastavitelná od 10 s do 34 minut

Perioda testování termostatu:              nastavitelná od 10 s do 34 minut

Regulační kmitočet:                             122 Hz

Výstupy:                                              výstup 1 (AC) pro připojení běžného AC boileru,

                                                            výstup 2 (DC) pro připojení dalšího spotřebiče 

Indikátor výkonu:                                 pět bílých LED, rozsah 0 až 100 % s rozlišením 5 %

Rozměry:                                             180 x 120 x 45 mm

Optimální napájení regulátoru:

 Aby mohl regulátor pracovat v rozumných podmínkách je vhodné zvolit napětí a výkon panelů v určitém rozmezí. Napětí panelů nesmí být ani příliš nízké ani příliš vysoké. Při nízkém napětí nebude možné výkon panelů do zátěže protlačit, příliš vysoké napětí by mohlo regulátor poškodit. Maximální počet panelů v sérii může být jen takový, aby jejich napětí bez zatížení nikdy nepřesáhlo 430 V. Kontrola je snadná. V dokumentaci k panelů naleznete napětí naprázdno (je to nejvyšší hodnota udávaná v dokumentaci), to vynásobíte koeficientem 1,15, tím vypočítáte napětí panelů při teplotě -25 st. C. Výsledné napětí vynásobíte počtem panelů v sérii. Vypočítané napětí musí být vždy nižší než 430 V. Pokud není, je nutné snížit počet panelů. Z pohledu regulace by optimální napájecí napětí mělo být v rozmezí 100 až 125 % jmenovitého napětí zátěže (to je obvykle 230 V). Napájecí napětí se vypočítá jako součin počtu panelů v sérii a jejich napětí v pracovním bodě (nižší hodnota napětí v dokumentaci k panelům). Optimální špičkový výkon panelů (opět viz dokumentace k panelům) by měla být v rozmezí 100 až 125 % příkonu zátěže. Dodržením těchto podmínek získáte nejvýhodnější poměr mezi náklady a získanou energií.