ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина IV, брой 2, април 2012

Контролери за термосоларни системи

Новости, тенденции, приложения

Контролери за термосоларни системи

Термосоларните системи са относително популярни в Европа. Най-големия дял от тях се пада на инсталациите за производство на топла вода. Все повече се засилва и интереса за използване на термосоларни системи като допълнителна или резервна възможност за отопление. Трудната пазарна ситуация през последните години, обаче постави множество предизвикателства пред потребителите.
Свидетели сме на интересен технологичен обрат на европейския пазар при слънчевите системи за топла вода и отопление. Свиването на инвестициите доведе да възраждането на по-евтините решения, предлагащи предимно основните функции, необходими за конкретното приложение. Въпреки това обаче, удобството, което новите системи имат при инсталиране и експлоатация вече е на доста по-високо ниво.


Безспорно една от функциите на контролерите е да дават повече гъвкавост на системите. Голяма част от новите модели вече са в състояние да контролират не само конвенционалните помпи, но също разполагат с изходи за енергоспестяващи помпи. Така например, контролерът TDSW18M на италианския производител Seitron опционално може да бъде избран с изход за широчинно-импулсна модулация PWM. Немската фирма Steca Elektronik предлага контролерът TRA502TT, при който клиентите могат да избират дали устройството да има два изхода за конвенционална помпа или два широчинно-импулсни изхода PWM за енергоспестяващи помпи клас А. Steca Elektronik също произвежда и комбинация с един изход за конвенционална помпа и с един широчинно-импулсен PWM изход.

Като алтернатива за използване на широчинно-импулсен PWM изход, също така е възможно да се управлява например енергоспестяваща помпа тип Wilo-Stratos TEC ST чрез аналогов сигнал 0-10V. Тази функция е налична при немския производител Solarnext и швейцарския Dolder Electronic. Друга конфигурация се предлага от Австрийската фирма Technische Alternative Elektronische Steuerungsgerategesellschaft, която оборудва своите контролери, като например ESR21, само с един изход, като потребителите могат да избират между 0-10V или широчинно-импулсен PWM сигнал. Такъв вариант се предлага от контролера XTDC на немската Sorel Mikroelektronik и от модела ES5931 на швейцарската фирма TEM. Немската фирма PAW, позната основно като производител на фитинги, от миналото лято пусна на пазара свой собствен соларен контролер. При него в допълнение към изхода от 0-10V, се предлагат опционално изходи с 0-5V и 2-10V диапазон.

При част от контролерите се забелязва и допълнително оборудване на изходите с релета, които да могат да се справят с по-големите пускови токове на енергоспестяващите помпи. Немската компания RESOL пък е оборудвала новия си модел Deltasol AL E със специален релеен изход с голяма комутационна способност, което дава възможност за директно управление на резервен електрически нагревател до три киловата.

Метални или полупроводникови сензори
Повечето базови модели соларни контролери имат по два входа за температурни сензори. Това дава възможност на устройствата да определят температурната разлика между колектора и резервоара за вода, което служи за основа за управлението. Производителите най-често използват в техните соларни контролери входове за Pt1000 сензори, тъй като това са и най-често срещаните. Тези платинени съпротивления покриват широк диапазон на измерване и остават много стабилни за дълго време. Въпреки това, те са доста по-скъпи например от полупроводниковите NTC или KTY сензори. Италианската компанията Seitron залага на различни температурни сензори в съответствие с типа на контролера. Техните контролери тип TDST04M за соларно-термични системи за топла вода използват подобрени NTC сензори, които могат да издържат до 200°C. Австрийската фирма Hanazeder Electronic и немската KT-Elektronik предлагат на клиентите избор между Pt1000 и двете версии на полупроводниковите съпротивления. С всички контролери от Technische Alternative, клиентите могат също да избират между два типа сензори: Pt1000 и KTY.

В допълнение към измерването на температура, по-модерните модели, включително контролерите за термосоларни системи за топла вода, също предлагат входове за измерване и на други параметри. Особено интересни за системите за мониторинг, ползващи сензори за поток. Чрез използването на тези сензори може бързо да бъде открито, дали въздуха в системата пречи на потока или дали е подходящ дебита. Тези сензори за поток също дават възможност да се определи количеството топлина, която системата добива от колекторите, осигурявайки индикация на собствениците на жилища дали системата функционира правилно. В повечето соларни контролери поради тази причина топломерът вече е интегриран. Крайните потребители могат да видят данни за количеството топлина директно от контролера, където те най-често се записват. Много от тези контролери правят запис на SD карта, която позволява данните лесно да се прехвърлят към компютъра.

Традиционното измерване на дебит се основава на използването на импулсни генератори, като например сензори за скорост на въртене или турбина. Много от нови соларни контролери вече разполагат и с входове за вихрови сензори. Тези сензори не измерват само потока с помощта на вихровия принцип, но и температурата на средата. Някои доставчици предоставят също възможност за използване на RPS сензор с техните контролери. Те измерват налягането и температурата паралелно, като могат да водят точна статистика за работата на системата.

Измерване на слънчевата радиация
Радиационните сензори дават допълнителни възможности за мониторинг на соларно-термичните системи. С тяхна помощ контролерът определя дали соларната помпа наистина започва да работи, когато слънцето грее. Възможно е също да се сравни дали количеството на получената топлина се колебае в рамките на приемливи граници спрямо дневната радиация. Въпреки това, сензорите за радиация и софтуера, използван за оценка на данните, довеждат до допълнителни разходи, които възпират много крайни потребители с базови системи. Поради тази причина има много малко базови соларни контролери, оборудвани с тази функция. Радиационните сензори са по-интересни за сложните и широко мащабни системи, когато допълнителните разходи са относително маловажни.

Компанията Technische Alternative предлага интересно решение за безжично включване на радиационния сензор към своя контролер. Освен с доставката на контролера от фирмата предлагат и пълна гама безжични датчици за измерване, както радиационни, така и такива за температура, налягане, влажност на въздуха, дъжд и вятър. В момента компанията работи по кислородни сензори за контрол на качеството на горене на котли на биомаса и CO2 сензори за мониторинг на качеството на въздуха на закрито. Трябва да отбележим, че този тип безжични решения значително облекчават работата на инсталаторите.

Съветник на инсталатора
Дори и най-добрите сензори, контролери и софтуер за управление могат да работят лошо, ако инсталаторите не успеят да ги монтират и конфигурират оптимално. Как обаче те ще успеят постоянно да следят за новостите и да четат дебелите ръководства, които ги придружават. За да решат този проблем, все повече производители на контролери оборудват своята техника с помощник за въвеждане в експлоатация. Той подобно на помощника за инсталиране на софтуер на компютъра, води потребителите през джунглата на различните възможности за конфигурация. Повечето контролери вече са в състояние дори да изобразяват хидравлични схеми на системата с всички сензори и компоненти. Производители като Steca или Seltron осигуряват на потребителите анимирани пиктограми и нагледни схеми. Техните хидравлични схеми показват въртенето на помпите, позицията на смесителните вентили и буферните резервоари, които са активни в момента.

Търсят и решения за опростяване на потребителския интерфейс. Целта е търсенето на страници, въвеждането на данни и достигането до определена функция да става бързо с натискането на най-малък брой бутони. Директни бутони с навигационно меню, както на мобилните телефони, улесняват работата и позволява по-интуитивно използване. Такива бутони за навигация се използват от RESOL и Prozeda в новия си контролер. Системният контролер SC600 на Prozeda допълнително дава възможност за инсталиране на отдалечен тъчскрийн терминал за потребителско управление. Дори ако контролерът извършва работата си от някой тъмен ъгъл, операторът все още може да държи под око нещата от комфорта на хола си.

Заложени конфигурации
Почти всички контролери сега съдържат набор от предварително конфигурирани настройки за хидравлични схеми, от които инсталаторите могат да избират сами. Кое обаче е по-добре – да има повече или по-малко предварително конфигурирани възможности. Тук мненията на производителите се разминават в зависимост от това дали те са концентрирани върху чистата соларна технология или пък имат по широк поглед върху изискванията на цялостната система за отопление.

Еднокръговият контролер DeltaSol BS/2 на RESOL например съдържа само една единствена системна схема, която е стандартната соларно-термична система за топла вода. Доста по-различно е положението при еднокръговия контролер ESR21 на Technische Alternative, които съдържат десет предварително конфигурирани хидравлични схеми. Чрез тях може да му се зададе възможност да управлява въздушните клапи на термопомпата на колектора, изискванията на горелката за котел за пелети или станция за прясна вода.

Въпреки, че конфигурираните схеми са сравнително прости при базовите термосоларни системи за топла вода, нещата бързо стават сложни с многокръговите контролери. Например, трикръговия контролер TR0603 от Steca предлага 15 базови системи. Те варират от стандартна система с колектори и резервоар до системи с няколко резервоара, различни колектори или управляеми вентили за постепенно зареждане. Тези базови системи могат на свой ред да се разширяват с функциите циркулация и увеличаване на температурата на обратната вода. Възможностите, осигурени от UVR61-3 на Technische Alternative са особено разнообразни и достигат до 64 версии на системата.

При някои модели като FP3 на Hanazeder или Sora-W на Dolder, броят на версиите не е ограничен с фиксирани хидравлични схеми, тъй като настройките са свободно програмируеми. При Seltron могат да бъдат свободно програмирани до два изхода. Новият контролер Univeralis на фирмата Charmeg също е свободно програмируем с 4 входа за сензори и 3 релейни изхода. Освен това той предлага пълна гъвкавост при конфигуриране на входовете, изходите и функционалността благодарение на PC-базиран софтуер. Потребителите имат на разположение логически и математически операции, като например AND, NOT, XOR, събиране, изваждане, максимална, минимална или средна стойност.

От Sonder също смятат, че програмируемите настройки предлагат ползи и по тази причина предлагат на клиентите си софтуера с отворен код OpenSonder. Това им дава възможност сами да настроят хидравличните схеми и съответните функции на контролера, от които те се нуждаят. Това дава предимство и на търговците, които трябва да имат на склад само един контролер, който може да се използва в много повече приложения. Тези контролери предлагат неограничена гъвкавост, но и изискват значителни познания от потребителя.

Контролерите като модулни системи
Това са възможности, чието използване не се налага много често. Въпреки това обаче редица производители са развили възможностите на контролерите и в тази посока. Компанията Steca Elektronik залага на концепцията master-slave. Така например трикръговия контролер TR0603mc може да се комбинира като главен с още три TEA603 разширителни модула, всеки от които да има още три изхода. Алтернативно, контролера за отопление TH 0603 може да бъде свързан като подчинен към главния контролер.

От RESOL също произвеждат разширителни модули. Въпреки, че DeltaSol MX вече предлага възможност за управление на два отоплителни кръга, ако това не е достатъчно, контролерът може да се разширява с допълнителни модули, за да се осигурят до седем отоплителни кръга. Контролерът на TEM ES6511 разполага стандартно със системна шина за свързване на модули с функции за отоплителен кръг или управление на горелка. Такава комбинация от контролери може да бъде конфигурирана и управлявана чрез централна операторска станция. Новата продуктова гама контролери на Prozeda също така включва системна шина, за да може да изгражда свързана система от контролери.

Онлайн данни
Измерването на количеството топлина, анализирането на грешки и съхраняването на данни е едно, а предаването на тези данни на потребителите в разбираем вид - съвсем друго. Никой потребител не би искал да посещава редовно котелно помещение за да следи за нещата. Затова системите предоставят възможности и начини, по които данните да достигат до потребителите. Почти всички контролери могат да комуникират чрез безжични WLAN мрежи и интернет - функции, които до скоро бяха запазени за по-големите компютърни системи.

Когато става въпрос за визуализиране на данните, доставчиците предприемат различни подходи. RESOL предлага на своите клиенти софтуера VBusTouch, с който собствениците на iPhone или iPad могат да видят данните за съответните им соларно-термични системи. Steca от друга страна предоставя онлайн визуализация с помощта на централен сървър, който получава данни от контролера TR 0603mc чрез рутер IFA. Крайните клиенти могат да виждат техните системни данни онлайн или да инсталират таблет, получаващ данни директно от рутера. Със своите контролери SC4.16 и SC8.24, пуснати през 2010г., PAW дава възможност на инсталаторите да наблюдават и променят настройките на системите от собствените си офиси. Така те лесно могат да идентифицират повредите в системите дистанционно и също така дистанционно бързо да го отстранят.

Фирмите Sorel и Charmeg опционално оборудват контролерите си с мрежови Ethernet интерфейси. KT Elektronik позволява отдалечена връзка по TCP/IP протокол. Watts предлага уеб модул, който може да бъде използвани с LCD Plus и LCD Multi контролери. Новата серия контролери на Prozeda също позволява на инсталаторите да следят и се намесват дистанционно в работата на системата.

В заключение може да кажем, че пазара на соларни контролери в момента е насочен в две различни посоки. От една страна се увеличава търсенето на евтини и лесни за използване устройства. От друга страна производителите продължават да разработват все по-сложни устройства, които могат да управляват комплексно отоплението в една сграда, позволявайки дистанционно предаване на данни и предлагайки мониторинг на системата.