V srpnu 2022 jsem se pustil do velkého upgrade fotovoltaiky, kterou používám na ohřev vody v bojleru. Jednalo se o instalaci nových panelů, přesun starých na nevyužité části střechy, o výrobu dalšího regulátoru a úpravy topných spirál. Více o celé akci si můžete přečíst ZDE. Součástí uvedeného vylepšení byla také instalace 6-ti kusů 450 Wp panelů určených výhradně pro účely topení. A přesně o tom tento článek je :-)
Abych nechodil kolem horké kaše, tak to napíšu hned ze začátku - topit výhradně fotovoltaikou je (ekonomický) nesmysl. Topit je potřeba v zimě, kdy jsou krátké dny, slunce svítí s malou intenzitou, je víceméně celé dny zataženo a účinnost systému je mizerná. Tak by řekl pesimista. A optimista by dodal - topíme v různé intenzitě od půlky září do května. Když zavřeme oči nad mizérií prosince a ledna, máme tu řadu měsíců, kdy sluneční svit není sice bůhvíjaký, ale je. A je škoda ho nevyužít - zvláště při současné ceně silové elektřiny.
Máme malý domek s elektrickým podlahovým topením ve formě odporových topných kabelů. Tyto kabely jsou zality v 55mm vrstvě anhydritu - tedy v tepelně-akumulační hmotě. Regulace je řešena pomocí teplotních čidel v podlaze a celková roční spotřeba je okolo tří MWh. Více o našem topení můžete najít na TÉTO stránce.
Regulace podlahového topení funguje stylem zapnuto / vypnuto, kdy regulátor měří teplotu v podlaze a na základě ní poté ovládá spínací relé - samozřejmě s malou hysterezí. Četnost a délka sepnutí závistí na nastavené teplotě a aktuálních tepelných ztrátách místnosti. Myšlenka využití fotovoltaiky je poměrně prostá - v době, kdy není relé sepnuto (= netopí se placenou elektřinou), tak přepojit daný topný okruh na fotovoltaiku. Co se stane? Nastane jedna ze tří situací:
V zásadě jde o využití schopnosti tepelné akumulace podlahy - tedy bezezbytkového využití výroby FVE. A to bez byrokracie, složitých měničů a vytěžovačů typu Wattrouter či GreenBono. Tak jednoduše jako bojler - panely, MPPT regulátor a odporový drát v podlaze.
Uvedené grafy jsou pouze ilustrační - realita je mnohem pestřejší.
Analýzou spotřeby topení a výtěžnosti FVE na ohřev bojleru v zimních měsících jsem došel k závěru, že by se tímto způsobem dalo ušetřit zhruba 950 kWh placené elektřiny. Náklady na panely, lišty a vše okolo 35 tis. Kč. V současné době nemám žádná další použitelná data, takže se nechám překvapit, jak to nakonec vyjde. Nicméně na stav solárních zisků v jednotlivých dnech se můžete podívat na TÉTO stránce.
V předchozí kapitole jsem uvedl, že nosnou myšlenou je "přepojit daný topný okruh na fotovoltaiku." To se ale snáz řekne, než udělá. O co jde? Topný kabel není v principu nic jiného než obyčejný odporový drát s dvěma vývody - jeden se připojí do svorkovnice jako střední vodič (N) a druhý ke spínacímu relé jako fázový vodič (L). Při přepojení k MPPT regulátoru (a je jedno, zda-li je to SITON, BEL či moje DC varianta) je nutné spolehlivě a bezpečně odpojit OBA pracovní vodiče ze stávající elektroinstalace a připojit je k regulátoru. Zařízení, které to umí se nazývají přepínače sítí.
Dalo by se říct, že stačí vzít libovolné dvojité přepínací relé a vystaráno. Není to ale tak úplně jednoduché, zvláště když si člověk začne klást rejpavé otázky: Je vzdálenost kontaktů v takovém relé dostatečná? Pokud se přepne po zátěží (AC), tak opravdu stihne zhasnout oblouk dříve než se kontakt dotkne výstupu MPPT měniče? Co se stane, když se jeden kontakt připeče a přepne se pouze druhý? Odpovědi typu snad ano, určitě zhasne a to se nemůže stát nejsou odpovědi akceptovatelnými - takže pomocí jednoho relé přepínač sítí opravdu vyřešit nejde. Co tak dvě relé, vlastně čtyři - tak jak se to dělá v UPSkách? Jedno odpojí, druhé sepne. To už je lepší, ale 4 relé, to je už dost peněz a jsem schopen udělat opravdu bezpečnou elektroniku, která by s jistotou nesepla co nemá? Nejsem, jsem bastlíř a ne profík na kritické systémy.
Koupil jsem si tedy na zkoušku dvojitý stykač s mechanickým blokováním bratru za 2800,-Kč. Mechanické blokování zajistí, že druhý stykač nesepne dokud je sepnutý první a naopak. Blokování je v něm řešeno plastovou tyčinkou, která zamezuje pohybu kontaktu bez ohledu na to, zda-li je ovládací cívka pod napětím nebo ne. Bezvadná věc. Nevýhody jsou jen dvě: trvalá spotřeba (5W) a hluk při přepínání. Jo a třetí - cena. Dále jsou na trhu různé automatické backup přepínače apod. Je toho mraky, pro profi použití není problém, cenově stovky EUR. Nakonec jsem to vyřešil úplně jinak a o tom je další kapitola.
Na trhu je k dispozici řada manuálních přepínačů sítí (přepínač 1-0-2) od výrobců, kteří se specializují na elektroinstalační materiál. U těchto výrobců tedy automaticky předpokládám, že jimi prodávané přepínače jsou kvalitní a bezpečné. V zásadě se dají koupit dvě varianty těchto přepínačů: páčkové (ovládání podobně jako běžný jistič) nebo vačkové (ovládání kolečkem doprava nebo doleva). Zaujala mě varianta vačkového přepínače a to hlavně z důvodu, že pokud může točit kolečkem člověk, nezvládlo by to např. modelářské servo? Zvládlo a níže je výsledek. Ještě doplním, že přepínač 1-0-2 znamená, že přepínač mezi polohou 1 a 2 má i tzv. nulovou polohu, tedy stav, kdy jsou všechny kontakty rozpojeny. Tato poloha je výhodná v tom, že prodlouží čas přepnutí a případné oblouky mají dostatek času zhasnout.
Pořídil jsem si vačkový spínač "CS 25 11 U" výrobce ETI a běžné dálně-východní modelářské servo MG996R (MG995).
Poté jsem trochu potrápil 3D tiskárnu a vznikl tak interface, který je schopen ovládat uvedený vačkový spínač automatizovaně. Ze spínače stačí odstranit hmatník, přední panel (včetně držáku) a pak jen přišroubovat stávajícími šroubky k interface.
Interface s osazenými spínači. Zelenožlutý vodič je přeznačen jako pracovní střední. Vím, že by se to nemělo dělat, ale využil jsem domácích zásob CYKY 4x1.5 a nechtěl jsem kupovat další kabely.
Na níže uvedeném obrázku je blokové schéma elektroniky určené pro přepínaní topných okruhů k fotovoltaice.
V zapojení jsou dva klíčové bloky - MPPT regulátor a POWERSWITCH. Regulátor je stejný, jaký používám na ohřev teplé vody v bojleru. Více informací je ZDE. POWERSWITCH je zapojení, které pomocí sběrnice RS485 komunikuje s termostatem a dostává od něj pokyny, které okruhy má připojit k fotovoltaice a které k distribuční síti. Dále také odesílá informace o výrobě pomocí API na webové stránky pro účely statistik.
Schéma zapojení POWERSWITCHe je níže.
Poznámky k zapojení:
Termostat má v sobě implementován algoritmus, pomocí kterého je schopen ovlivňovat připojování topných okruhů dle priority. Je to navrženo tak, že k FV se nejprve připojí topné okruhy s nejvyšší prioritou. Pokud dojde k těchto okruhů k překročení teploty 25°C, dojde k jejich odpojení a připojení FV k dalším okruhům s nižší prioritou. V praxi to znamená, že primárně chci ohřívat okruhy v obývacím pokoji, sekundárně v koupelně a terciálně na chodbě. Nedělám si iluze, že zimní sluníčko tohoto algoritmu využije, ale na jaře snad již ano. Koncem září se mi povedlo ohřát podlahu v obývacím pokoji a kuchyni na 28.8°C a to jen fotovoltaikou.
Zdrojáky, desky, 3D modely je možné stáhnout ZDE.