Zouppen and the juksautin

Tarina lämpöpumpun juksauttamisesta

Ne ajat ovat jo historiaa, jolloin sähkön hinta pysyi vakiona ajasta riippumatta. Nykyään sähkön hinta ei pelkästään riipu ajasta ja sähkösopimuksesta, mutta mukana voi olla myös omaa sähköntuotantoa. Markuksen tapauksessa piharakennuksen katolta löytyy 10kWp aurinkovoimala, joka tuottaa perin vaihtelevan määrän ilmaista sähköä. Lisäksi verkkosähkön hinta vaihtelee ja määräytyy Nord Pool Spot -markkinapaikalla. Tämän lisäksi kellarista löytyy 500 litran vesivaraaja ja maalämpöpumppu. Siispä on varsin houkutteleva ajatus, että lämpöpumppua voisi ajaa vain halvimman sähkön aikaan.

Nord Poolin hinnoissa on usein varsin paljon volatiliteettia. Tähän hinnoitteluun perustuvia pörssisähkösopimuksia saa useilta sähköyhtiöiltä.

Sähköenergian hinta ei ole ainoa kulu. Lisäksi peritään siirtomaksu, joka riippuu paikallisesta siirtoyhtiöstä ja sopimuksesta. Tavalliselle kuluttajalle se on usein kiinteä kilowattituntihinta, mutta muunkinlaisia sopimuksia on olemassa. Ja tietysti verot päälle! Joten käytännössä maksettavaksi tulee sähköenergian päälle vielä 5–10 senttiä per kWh. Ja luonnollisesti jos omaa tuotantoa myy takaisin verkkoon, korvausta saa vain sähköenergiasta. Siirtoyhtiöt ovat kuin eräänlaisia kasinoita. Talo voittaa aina.

Siispä, on selkeä kannustin välttää energian myymistä takaisin verkkoon, jos vaan saadaan talon omien sähkölaitteiden kuormat tarpeeksi joustaviksi, että oma tuotanto saadaan käytettyä kokonaan itse.

Ja eikun juksauttamaan!

Sananen ohjauslogiikasta. Käytössä oleva lämpöpumpun ohjain (n. vuodelta 2007) ei ole järin fiksu. Se on kiinnostunut oikeastaan vain lämpötila-antureiden lukemista: Jos varaaja on liian viileä, on aika käynnistää lämpöpumppu ja pyörittää sitä kunnes varaaja on jälleen tarpeeksi lämmin. Kun pihalla on lämmintä, niin silloin lämpöpattereihin työnnetään viileämpää vettä. Ja niin edelleen, aika perussettiä. Kysymys kuuluukin, miten tällaiseen apparaattiin saadaan tehtyä älyohjaus. No, tietysti lämpöanturien lukemia juksauttamalla!

Termistori on vastus, jonka resistanssi riippuu lämpötilasta.

Termistori – Wikipedia

Ohjain tuottaa vakiojännitettä virtapiiriin, jossa on kiinteäarvoinen vastus ja termistori, ja mittaa jännitettä termistorin yli. Siitä voidaan laskea ensin vastusarvo ja sen perusteella lämpötila. Kun lämpötila on tarpeeksi suuri, ohjain ei käynnistä lämpöpumppua. Tätä ohjauslogiikkaa voidaan hyväksikäyttää siten, että vääristetään tätä jännitettä, jolloin ohjain kuvittelee anturin olevan niin lämmin, että lämpöpumppua ei tarvitse käynnistää.

Tässä tapauksessa termistori on tyypiltään NTC, eli sillä on negatiivinen lämpötilakerroin. Eli jos mitattava jännitttä saadaan matalammaksi, siitä seuraa suuremmat lämpötila-arvot, joka on juuri se mitä haluamme saada aikaan.

Oikealla puolella punaista katkoviivaa: Alkuperäinen ohjain.
Vasemmalla: Lämpötilan vääristävä kytkentä

Joel inspiroitui kaikista näistä mahdollisuuksista ja suunnitteli laitteen nimeltään pumpunjuksautin. Ensimmäinen luonnos hyödynsi ATmega32u4-pohjaista Pro Micro -lautaa. Sittemmin tuli kuitenkin selväksi, että oheiskomponenttien jalat ovat niin pieniä, että ne niiden juottaminen kotikonstein olisi tuskaa. Siispä Joel päätti hyödyntää JLCPCB:n ladontapalvelua. Kaiken lisäksi sirupula tuntui vaivaavan, koska ATmega32u4-piiriä ei ollut helposti saatavilla. Siispä Joel suunnitteli laudan vielä kertaalleen uusiksi, tällä kertaa ATmega328p-mikro-ohjaimella varustettuna.

Säteenjäljitystä käyttävä 3D-näkymä KiCadissa on tosi kiva.

Osiittain siksi, että KiCadissa on niin kiva piirilevyn 3D-näkymä, päätti Joel viedä mallin VRML-muodossa ensin Blenderiin ja sieltä STL-muotoon ja lopulta OpenSCADiin. Siellä oli jokseenkin suoraviivaista suunnitella kotelo levyn ympärille, koska 3D-mallissa oli mukana kaikki liittimet ja komponentit.

     

Kotelossa on ura piirilevyä varten ja takana klipsi DIN-kiskoon liittämistä varten. Ensin piirilevy työnnetään paikoilleen ja lopuksi etukansi, jolloin levy pysyy paikoillaan.

Sivuhuomio: Koska meillä on 3D-malli piirilevystä ja kotelosta, se tarkoittaa sitä, että ne molemmat on mahdollista tulostaa ja testata sovitusta. Siis ennen kuin mitään piirilevyä on oikeasti valmistettu. 🙂 Ja tietysti näin tehtiin!

JLCPCB oli aika nopea toimittamaan. Vain noin viikko tilauksen tekemisestä paketti saapui. Nopeasti kävi kuitenkin ilmi, että piirilevyssä on muutama suunnitteluvirhe. Pahin niistä oli, että kiteen nastajärjestyksessä oli virhe. Siispä Joel lisäsi ohuen hyppylangan kiteen juurelle.

Muutamaa purkkaviritelmää myöhemmin piirilevy alkoi toimia moitteettomasti.

Nykytilanne

Nykyisellä firmiksellä ja konffauksella järjestelmä pystyy pysäyttämään lämpöpumpun käsin valittuina aikoina. Ajat on valittu sen perusteella, milloin keskimäärin sähkö on kalleinta (klo 06–09 ja 16–00, jossa on huomioitu sähkön markkinahinta ja oman aurinkovoimalan tuotanto). Seuraava askel olisi vaihtaa protokolla tavallisesta RS-485:stä Modbus RTU:hun ja tuottaa valmiiksi asteiksi konvertoidut lämpötila-arvot. Lisäksi puuttuu ohjauslogiikka, joka käyttäisi kellonajan sijasta fiksumpaa logiikkaa. Tätä varten täytyisi yhdistää sähkön hintatiedot, oman tuotannon ja kulutuksen data sekä lämpötila-antureilta saatava tieto. Näin saataisiin valittua kaikkein halvimmat käyttöajat, kuitenkin siten, että sisälämpötilassa ei tapahtuisi havaittavia muutoksia.

Tämä on toivottavasti osa pidempää juttusarjaa. Lopullinen tavoite näkyy jo horisontissa: Oman tuotannon täysi hyödyntäminen. Kell’ sähkö on, se sähkön kätkeköön!

Kaikki firmiksen lähdekoodi, kotelon 3D-malli, skeemat ja piirilevyn leiska löytyvät täältä: github.com/zouppen/pumpunjuksautin. Ole hyvä ja anna meille tähti GitHubissa!

Terveisin Zouppen ja Maakuth

Posted in Projektit and tagged , , , .

Vastaa